(Phys.org) —Las hojas perfectas de diamante de unos pocos átomos de espesor parecen ser posibles incluso sin el gran apretón que produce las gemas naturales.

Los científicos han especulado al respecto y algunos laboratorios incluso han visto signos de lo que ellos llaman diamane, una película extremadamente fina de diamante que tiene todas las propiedades semiconductoras y térmicas superiores del diamante.

Ahora, los investigadores de la Universidad de Rice y en Rusia han calculado un "diagrama de fases" para la creación de diamane. El diagrama es una hoja de ruta. Establece las condiciones:temperatura, presión y otros factores, que serían necesarios para convertir láminas de grafeno apiladas en un entramado de diamantes impecable.

En el proceso, los investigadores determinaron que el diamane se podía fabricar de forma completamente química, sin ninguna presión en absoluto, en algunas circunstancias.

El equipo dirigido por el físico teórico de Rice Boris Yakobson y Pavel Sorokin, ex asociado postdoctoral en Rice y ahora investigador principal en el Instituto Tecnológico de Materiales de Carbono Superduro y Novedoso en Moscú, informó los resultados en la revista American Chemical Society Nano letras .

"Los diamanes tienen un amplio rango potencial de aplicación, "Dijo Sorokin." Se pueden aplicar como muy delgadas, películas duras dieléctricas en nanocondensadores o mecánicamente rígidas, elementos nanothick en nanoelectrónica. También, Los diamanes tienen potencial para su aplicación en nanoóptica.

"La posibilidad de obtener un objeto casi bidimensional es intrigante, pero los datos experimentales disponibles impiden la expectativa de su fabricación utilizando métodos tradicionales. Sin embargo, el enfoque 'de abajo hacia arriba' propuesto por Richard Feynman permite la fabricación de diamanes a partir de objetos más pequeños, como el grafeno ".

Los investigadores construyeron modelos informáticos para simular las fuerzas aplicadas por cada átomo involucrado en el proceso. Eso incluye el grafeno, la forma de carbono de un solo átomo de espesor y una de las sustancias más fuertes del universo, así como el hidrógeno (o, alternativamente, un halógeno) que promueve la reacción.

Condiciones, ellos aprendieron, debe ser el adecuado para que una pequeña pila de panqueques de grafeno se colapse en una matriz de diamante, o viceversa, a través de la química.

"Un diagrama de fase le muestra qué fase domina el estado fundamental para cada presión y temperatura, "Dijo Yakobson." En el caso de diamane, el diagrama es inusual porque el resultado también depende del grosor, el número de capas de grafeno. Así que tenemos un nuevo parámetro ".

El hidrógeno no es el único catalizador posible, él dijo, pero es el que usaron en sus cálculos. "Cuando el hidrógeno ataca, toma un electrón de un átomo de carbono en el grafeno. Como resultado, se rompe un enlace y se deja otro electrón colgando del otro lado de la capa de grafeno. Ahora es libre de conectarse a un átomo de carbono en la hoja adyacente con poca o ninguna presión.

"Si tiene varias capas, obtienes un efecto dominó, donde el hidrógeno comienza una reacción en la parte superior y se propaga a través del sistema de carbono enlazado, ", dijo." Una vez que se cierra por completo, la transición de fase está completa y la estructura cristalina es la del diamante ".

Yakobson dijo que el documento no cubre un posible factor decisivo. "La conversión de una fase a otra parte de una pequeña semilla, un sitio de nucleación, y en este proceso siempre existe lo que se llama una barrera de nucleación. No calculamos eso aquí ". Dijo que el carbono normalmente prefiere ser grafito (la forma a granel del carbono que se usa como mina de lápiz) en lugar de diamante, pero una barrera de nucleación alta evita que el diamante haga la transición.

"Termodinámicamente, un diamante existente debería convertirse en grafito, pero no sucede exactamente por esta razón, "Dijo Yakobson." Así que a veces es algo bueno. Pero si queremos hacer un diamante plano, tenemos que encontrar formas de sortear esta barrera ".

Dijo que la fabricación de diamantes sintéticos, que se fabricó por primera vez de manera confiable en la década de 1950, requiere presiones muy altas de aproximadamente 725, 000 libras por pulgada cuadrada. Los diamantes manufacturados se utilizan en herramientas endurecidas para cortar, como abrasivos e incluso como piedras preciosas de alta calidad cultivadas mediante técnicas que simulan las temperaturas y presiones que se encuentran en las profundidades de la Tierra, donde se forja el diamante natural.

Las películas de diamante también se fabrican de forma rutinaria mediante deposición química de vapor, "pero siempre son de muy mala calidad porque son policristalinos, "Dijo Yakobson." Para propósitos mecánicos, como papel de lija muy caro, Ellos son perfectos. Pero para la electrónica, necesitaría alta calidad para que funcione como semiconductor de banda ancha ".