Создать алмаз за 15 минут: без стартового камня и при нормальном атмосферном давлении

Природные алмазы образуются в мантии Земли — расплавленной зоне, погребенной в сотнях километров под поверхностью планеты. Этот процесс требует огромного давления в несколько гигапаскалей и невероятных температур в 1500 градусов по Цельсию, пишет Live Science.

В последние несколько десятилетий ученые используют различные стратегии, чтобы самостоятельно создавать алмазы. В 99% случаев синтеза искусственных алмазов ученые используют подобные природным условиям, метод известный как "выращивание при высоком давлении и температуре". Ученые используют экстремальные настройки, чтобы заставить углерод, растворенный в жидких металлах, превратить его в алмаз вокруг небольшой затравки или стартового алмаза. Однако они также ищут и другие методы. Например, ранее ученые заявили, что научились создавать алмазы из отрыжки и продуктов метеоризма коров, а теперь ученые разработали еще один метод.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Высокие давления и температуры сложно поддерживать, а в новом исследовании ученые разработали метод, который не нуждается в экстремальном давлении и стартовом камне. В результате им удалось синтезировать алмаз всего за 15 минут.

По словам соавтора исследования, физико-химика из Института фундаментальных наук в Южной Корее Родни Руоффа, новый метод разрабатывался долго — ученым потребовалось более 10 лет, чтобы разработать неожиданный способ получения драгоценных камней.

Команда использовала электрически нагретый галлий с небольшим количеством кремния в графитовом тигле. Отметим, что галлий был выбран учеными из-за его способности катализировать образование графена из металла. Графен, как и алмаз, представляет собой чистый углерод, однако он также содержит атомы в одном слое, а не в тетраэдрической ориентации драгоценного камня.

Команда поместила тигель в камеру, поддерживающую атмосферное давление на уровне моря, через которую можно было выбрасывать сверхгорячий, богатый углеродом газ метан. Камера объемом 9 литров была разработана соавтором исследования Вон Кен Соном, может быть подготовлена к экспериментам всего за 15 минут, что позволяет команде быстро проводить тесты с различными концентрациями металлов и газов.

Ученые обнаружили, что смесь галлия, никеля и железа в сочетании с щепоткой кремния является оптимальной для катализатора роста алмазов. Команде и правда удалось с помощью этой смеси синтезировать алмазы из основания тигля всего за 15 минут. Спустя 2,5 часа образовалась более полная алмазная пленка, а спектроскопический анализ показал, что она в основном чистая, но содержит несколько атомов кремния.

Детали механизма формирования алмазов до сих пор во многом ускользают от ученых, однако команда полагает, что падение температуры вытесняет углерод из метана к центру тигля, где он объединяется в алмаз. Также известно, что алмазы не могут сформироваться без кремния, а потому ученые считают, что именно он в данном случае выступает в качестве "затравки для кристаллизации углерода".

Впрочем, команда признает, что у этого метода есть свои минусы:

• можно вырастить лишь крошечные алмазы, а потому их невозможно использовать в качестве драгоценных камней;
• неизвестно, можно ли сверить и полировать такие алмазы.