Створити алмаз за 15 хвилин: без стартового каменю і за нормального атмосферного тиску

Природні алмази утворюються в мантії Землі — розплавленій зоні, похованій за сотні кілометрів під поверхнею планети. Цей процес вимагає величезного тиску в кілька гігапаскалів і неймовірних температур у 1500 градусів за Цельсієм, пише Live Science.

В останні кілька десятиліть вчені використовують різні стратегії, щоб самостійно створювати алмази. У 99% випадків синтезу штучних алмазів вчені використовують подібні до природних умов, метод відомий як "вирощування за високого тиску та температури". Вчені використовують екстремальні налаштування, щоб змусити вуглець, розчинений у рідких металах, перетворити його на алмаз навколо невеликої затравки або стартового алмазу. Однак вони також шукають й інші методи. Наприклад, раніше вчені заявили, що навчилися створювати алмази з відрижки та продуктів метеоризму корів, а тепер вчені розробили ще один метод.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Високі тиски й температури складно підтримувати, а в новому дослідженні вчені розробили метод, який не потребує екстремального тиску і стартового каменю. У результаті їм вдалося синтезувати алмаз всього за 15 хвилин.

За словами співавтора дослідження, фізико-хіміка з Інституту фундаментальних наук у Південній Кореї Родні Руоффа, новий метод розробляли довго — вченим знадобилося понад 10 років, щоб розробити несподіваний спосіб отримання дорогоцінних каменів.

Команда використовувала електрично нагрітий галій з невеликою кількістю кремнію в графітовому тиглі. Зазначимо, що галій був обраний вченими через його здатність каталізувати утворення графену з металу. Графен, як і алмаз, являє собою чистий вуглець, проте він також містить атоми в одному шарі, а не в тетраедричній орієнтації дорогоцінного каменю.

Команда помістила тигель у камеру, що підтримує атмосферний тиск на рівні моря, через яку можна було викидати надгарячий, багатий вуглецем газ метан. Камера об'ємом 9 літрів була розроблена співавтором дослідження Вон Кен Соном, її можна підготувати до експериментів лише за 15 хвилин, що дає змогу команді швидко проводити тести з різними концентраціями металів і газів.

Науковці виявили, що суміш галію, нікелю та заліза в поєднанні з дрібкою кремнію є оптимальною для каталізатора росту алмазів. Команді та справді вдалося за допомогою цієї суміші синтезувати алмази з основи тигля всього за 15 хвилин. Через 2,5 години утворилася повніша алмазна плівка, а спектроскопічний аналіз показав, що вона в основному чиста, але містить кілька атомів кремнію.

Деталі механізму формування алмазів досі багато в чому вислизають від учених, однак команда вважає, що падіння температури витісняє вуглець з метану до центру тигля, де він об'єднується в алмаз. Також відомо, що алмази не можуть сформуватися без кремнію, а тому вчені вважають, що саме він у цьому випадку виступає в якості "затравки для кристалізації вуглецю".

Утім, команда визнає, що у цього методу є свої мінуси:

• можна виростити лише крихітні алмази, а тому їх неможливо використовувати як дорогоцінні камені;
• невідомо, чи можна звірити та полірувати такі алмази.

Раніше Фокус писав про те, що вчені виявили секретний інгредієнт створення рожевих алмазів на Землі.