Корейские исследователи из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) разработали новый подход к производству алмазов в лаборатории без экстремального давления. Технология поможет синтезировать кристаллы алмаза большего размера и удлиненные пленки, которые найдут широкое применение в оптике и современной электронике, заявляют ученые.
В естественных условиях алмазы формируются в недрах земли на огромной глубине под действием экстремальной температуры и давления. На протяжении десятилетий инженеры использовали тот же подход для создания искусственных кристаллов в лаборатории — установки воспроизводят условия земных недр, нагревая материал до температуры около 1400 °С под давлением до 5 ГПа (примерно в 50 тыс. раз больше атмосферного).
Несколько лет назад корейские исследователи показали, что жидкий галлий растворяет атомы углерода и связывает их в твердый листовой графен под воздействием газообразного метана. Они предположили, что при правильных условиях этот процесс также может привести к образованию алмазов. После нескольких лет экспериментов ученым удалось подтвердить свою гипотезу.
Первоначально исследователи добавляли капли расплавленного галлия и других металлов, подвергая смесь воздействию газов, связанных с углеродом. Когда капля расплавленного галлия случайно пролилась на слой чистого кремния и растворила его, исследователи обнаружили в затвердевшем металле коллекцию крошечных кристаллов алмаза.
Совершенствуя технологию исследователи пришли к такой формуле: смесь жидких галлия, кремния, железа и никеля нагревают в небольшом тигле до 1025 °С и подвергают воздействию газов метана и водорода. Этот процесс приводит к образованию пирамидальной кристаллической решетке из атомов углерода, характерной для алмазов. При этом в усовершенствованной установке весь процесс занимает всего 15 минут.
Исследование все еще находится на ранней стадии разработки. Тем не менее ученые уверены, что технология открывает путь к производству тонких пленок алмазов, которые в будущем можно будет использовать в квантовых компьютерах, магнитных датчиках, мощных электрических устройствах, детекторах радиации и лазерах.
