Исследователи из Университета Северного Техаса научились создавать алмазы шириной всего 2 нм без применения тротила — это может быть критически важным для создания процессоров квантовых компьютеров.
Хотя алмаз химически довольно прост (это один элемент — углерод), вырастить его в нанометровом масштабе чрезвычайно сложно. Углерод становится алмазом, когда атомы этого элемента выстраиваются в жесткий трехмерный кубический узор в условиях высокого давления и высокой температуры. Исследователи ранее создавали наноалмазы в лаборатории путем детонации взрывчатого вещества, такого как тринитротолуол, в герметичном контейнере из нержавеющей стали. Однако этот метод трудно контролировать, кроме того, образующиеся кристаллы не равномерны по размеру, что требует дополнительной сортировки.
На этот раз ученые прибегли к химической реакции, имитирующей естественные процессы в недрах Земли, где содержится много железа и его соединений с углеродом, включая карбиды и карбонаты: когда карбид железа вступает в реакцию с оксидом железа между корой и верхней мантией, растут алмазы. Ученые искусственно создали наночастицы карбида железа одинакового размера в качестве источника углерода для алмазов. Затем частицы поместили в среду с высоким давлением и высокой температурой — аналогичную той, в которой образуются природные алмазы. Соединения вступили в реакцию — и в результате получились почти однородные наноалмазы шириной 2 нм (различия — менее нанометра). Ранее таких точных результатов достичь не удавалось.
Создание однородных совершенных наноалмазов — прорывной успех. Но еще более грандиозное умение — наноалмазы с пустотами (дефектами в структуре). Эти пустоты можно заполнить атомами углерода, азота, кремния, никеля или других элементом.
Обычно для бомбардировки алмаза и встраивания этих элементов в структуру используется высокоэнергетический пучок атомов, таких как азот или кремний. Однако так невозможно контролировать, сколько цветовых центров добавляется к одному алмазу — это требует последующей обработки для получения кристаллов с дефектом в один атом. С помощью нового метода, имитирующего процессы в литосфере, можно найти способ заменить всего лишь один углерод из тысяч, присутствующих в наноалмазе.
