Diamante atómicamente delgado, también llamado diamane, es un alótropo de carbono bidimensional y ha atraído un interés científico considerable debido a sus propiedades físicas potenciales. Sin embargo, Estudios previos sugieren que las películas de diamante atómicamente delgadas no se pueden lograr en un estado prístino porque los diamantes poseen una estructura cristalina tridimensional y carecerían de estabilidad química cuando se adelgacen hasta el grosor de la celda unitaria del diamante debido a los enlaces sp3 colgantes. Se consideró necesaria la funcionalización química de los carbonos superficiales con grupos químicos específicos para estabilizar la estructura bidimensional. como hidrogenación o fluoración de superficies, y también se han utilizado varios sustratos en estos intentos de síntesis. Pero todos estos intentos cambian la composición de las películas de diamantes, es decir, la síntesis exitosa de un diamane prístino no se ha logrado hasta ahora.

Regular el proceso de transición de fase de los materiales de carbono a alta presión y alta temperatura es siempre un método sencillo para lograr la diamanteización. Aquí, un equipo de científicos dirigido por los Dres. Feng Ke y Bin Chen de HPSTAR (el Centro de Investigación Avanzada en Ciencia y Tecnología de Alta Presión) utilizaron este enfoque directo, Diamondización de grafeno de pocas capas exfoliado mecánicamente mediante compresión, para sintetizar la tan buscada película de diamane. El estudio se publica en Nano letras .

El proceso de diamanteización suele ir acompañado de la apertura de una brecha de energía y un aumento espectacular de la resistencia debido a la rehibridación sp2-sp3 entre los átomos de carbono. "Las mediciones de transporte eléctrico in situ de grafeno de pocas capas son difíciles de realizar a alta presión, "dijo Feng Ke." Sin embargo, utilizando nuestra técnica de microcableado basada en fotolitografía desarrollada recientemente para preparar electrodos de película en una superficie de diamante para mediciones de resistencia, podemos estudiar la transición de diamantización sp2-sp3 inducida por presión del grafeno exfoliado mecánicamente con un espesor de capa que varía de 12 a bicapa a temperatura ambiente ".

Sus estudios demuestran que el h-diamane prístino podría sintetizarse comprimiendo la tricapa y el grafeno más grueso a más de 20 GPa a temperatura ambiente. que una vez sintetizado podría conservarse hasta aproximadamente 1,0 GPa tras la descompresión. "La absorción óptica revela que h-diamane tiene una brecha de energía de 2.8 ± 0.3 eV, y cálculos adicionales de la estructura de la banda confirman una banda prohibida indirecta de 2.7-2.9 eV, "explicó el coautor Lingkong Zhang, un doctorado estudiante en HPSTAR. "En comparación con el grafeno sin huecos, el h-diamane semiconductor ofrece interesantes posibilidades para los dispositivos electrónicos basados ​​en carbono ".

Las mediciones de XRD han demostrado que la transición de grafeno de pocas capas a h-diamane es una transición estructural gradual, lo que ayuda a comprender el aumento continuo de la resistencia y la disminución de la absorbancia en el grafeno de tres capas y más grueso con una presión por encima de la presión de transición. Los cálculos teóricos indican que un h-diamane orientado es energéticamente estable y tiene una entalpía más baja que su precursor de grafeno de pocas capas por encima de la presión de transición.

"Como el descubrimiento del grafeno, nanotubos de carbon, fullerenos, y otros alótropos de carbono novedosos, la realización de un diamane prístino representa otro logro emocionante en la ciencia de los materiales, "agregó el Dr. Bin Chen, "El tratamiento térmico a alta presión puede ser útil para conservar un h-diamane prístino a la presión ambiental, como se sugiere en el método de alta temperatura y alta presión para sintetizar un diamante h que se apaga a presión. Aún quedan desafíos para lograr la conservación y las aplicaciones industriales de diamane ".