این الماس ها در فشار اتمسفر توسط محققان کره جنوبی سنتز شدند. محققان هنوز به طور کامل مکانیسم اساسی تشکیل این لایه های الماس را درک نکرده اند، اما شامل عبور متان از روی گالیم مایع است. با این حال، آنها برای بهینه سازی سنتز تلاش می کنند تا الماس هایی با کیفیت بالاتر تولید کنند که امیدوارند کاربردهای زیادی پیدا کنند.
الماس‌ها فقط گران‌ترین سنگ‌های قیمتی جهان نیستند، بلکه کاربردهای مهمی در علم و فناوری دارند، از مته‌ها گرفته تا محاسبات کوانتومی. در نتیجه، محققان راه‌های مختلفی را برای سنتز الماس ایجاد کرده‌اند، از جمله انواع پیشرفته‌ای از رسوب شیمیایی بخار. با این حال، حدود 99 درصد از الماس‌های ساخته دست بشر، با تغییراتی در تکنیک توسعه یافته در جنرال الکتریک در دهه 1950 تولید می‌شوند. این شامل قرار دادن یک الماس دانه کوچک روی سولفید آهن و گرم کردن آن تا دمای 1600 درجه سانتیگراد در حضور منبع کربن با 7GPa است. با ذوب شدن سولفید، منبع کربن به تدریج به الماس تبدیل می شود و در اطراف دانه اصلی رشد می کند.
کار جدید از یک مقاله 2017 الهام گرفته شده است که در آن گالیم مایع است یک گربهآتولید گرافن در دمای پایین از مت را لیز می کندساعتو نه. این شیمیدان فیزیک می گوید: «محققان در طول کار خود شواهد غیرمستقیم – اما با این وجود قانع کننده – ارائه می کنند که نشان می دهد گالیم آنها دارای کربن در زیر سطح است. رادنی روف در موسسه علوم پایه در اولسان. تصور می‌شود که گالیم کاملاً با کربن غیرقابل اختلاط است و سایر فلزات کم ذوب مانند بیسموت، ایندیم، قلع و سرب نیز نمودار فاز دوتایی با کربن ندارند.
گروه روف تصمیم گرفتند تا دریابند که آیا می توان از گالیوم برای رشد الماس های بزرگ از دانه ها در فشار اتمسفر استفاده کرد یا خیر. در یک آزمایش، محققان به طور ناخواسته به گالیوم خود اجازه دادند تا سیلیکون را روی لبه بریده یک بستر سیلیسی حل کند. نویسنده اصلی یانگ گونگیک دانشجوی دکترا در گروه روف متوجه اهرام کوچکی شد که در امتداد لبه کریستال الماس تشکیل شده بودند. روف می‌گوید: «این باعث شد متوجه شویم که سیلیکون به نوعی مهم است. با این حال، آنها نتوانستند این را بیشتر توسعه دهند. “اگر سیلیکون بیشتری اضافه کنیم، در عوض کاربید سیلیکون دریافت می کنیم.”
وضعیت الماس
سپس محققان سعی کردند با نگهداری گالیم دوپ شده با سیلیکون در یک بوته و تغذیه آن با متان و هیدروژن در دمای حدود 1000 درجه سانتیگراد، الماسی را بدون افزودن بذر رشد دهند. آنها دریافتند که گرافیت در کف گالی رسوب کرده است. روف معتقد است که تمایل کم گالیم به کربن احتمالاً به گازها اجازه می دهد تا در لبه های ناهموار بوته پخش شوند و گرافیت را در زیر فلز مایع تشکیل دهند.
سپس محققان با افزودن فلزات دیگر به مخلوط گالیم-سیلیکون آزمایش کردند. روف می گوید: «اگر از گالیوم-سیلیکون-آهن استفاده کنیم، فقط گرافیت به دست می آید. اگر از همان ترکیب با نیکل استفاده کنیم، ممکن است مقدار متفاوتی از گرافیت بدست آوریم، اما هنوز الماس بدست نمی آوریم. اما با آهن و نیکل در کنار هم، یک روز یانگ گونگ وقتی منطقه ای رنگین کمانی پیدا کرد و متوجه شد «وای! در واقع یک الماس است.» محققان سپس پارامترهای خود را برای تولید بهترین فیلم های الماس ممکن با ابعاد ده ها میکرومتر بهینه کردند و دریافتند که این فیلم ها نسبت به نمونه های تجاری تولید شده توسط رسوب شیمیایی بخار برتری دارند.
تجزیه و تحلیل طیف‌سنجی نشان داد که مقادیر قابل‌توجهی کربن تنها چند نانومتر نفوذ کرده است و سیلیکون کمی در الماس گنجانده شده است – که می‌تواند برای برخی از کاربردها مانند محاسبات کوانتومی با جای خالی سیلیکون رایگان مفید باشد و در برخی دیگر ممکن است مشکل‌ساز باشد. با این حال، سؤالات زیادی باقی می‌ماند، از جمله اینکه آیا الماس‌ها در شرایط محیط فلز مایع پایدار هستند یا ناپایدار هستند. روف می‌گوید: «من مطالعه صفر نمودارهای فاز سه‌گانه کربن با چندین عنصر دیگر را در ادبیات پیدا می‌کنم – بنابراین این موضوع علوم بنیادی زیادی را باز می‌کند. کربن با این دو یا این سه عنصر انتخاب شده به عنوان فلزات مایع چگونه رفتار خواهد کرد؟ محققان امیدوارند که درک بهتر علم زیربنایی به آنها یا دیگران اجازه دهد تا الماس هایی تولید کنند که حاوی عناصر کمیاب دیگر یا اصلاً عناصر کمیاب نیستند. Ruoff می‌گوید هنوز خیلی زود است که بگوییم بزرگترین کاربردهای این کار کجا ممکن است باشد.
شیمیدان مواد توربن دینکه در دانشگاه RMIT استرالیا فکر می‌کند که این کار امیدوارکننده‌ای است. او می‌گوید: «کاملاً بدیهی است که از این می‌توان برای ایجاد پوشش‌های الماس نازک روی سطوح استفاده کرد و ما همیشه از آنها استفاده می‌کنیم.» می‌توانید به استفاده از آن به عنوان یک پوشش ضد خوردگی در راکتورهای شیمیایی فکر کنید، برای مثال…. گالیوم یک فلز مایع نسبتاً فراوان و غیرسمی است و تنها کاری که در اینجا باید انجام دهید این است که آن را روی سطحی که می‌خواهید بپوشانید قرار دهید و آن را با مقداری متان بشویید.
او معتقد است که بزرگترین پیشرفت در شیمی، در کاتالیزور نهفته است. او می‌گوید: «واکنش متان با گالیم قبلاً انجام شده بود، اما معمولاً آنها به کربن گرافیتی، کربن آمورف یا گاهی اوقات نانولوله‌های کربنی ختم می‌شوند. برای من، چیزی که واقعاً هیجان انگیز است این است که آنها واقعاً دستور غذا را اصلاح کرده اند و نتیجه را کاملاً تغییر می دهد. این به من می گوید که کارهای بیشتری با کاتالیز فلز مایع باید انجام شود.