Более дешевое производство алмазов может расширить их использование в самых разных областях: от ювелирных изделий до полупроводников и квантовых вычислений
Родни С. Руофф, директор Центра многомерных углеродных материалов Института фундаментальных наук и профессор химии Ульсанского национального института науки и технологий (IBS)
В сфере материаловедения алмазы уже давно завоевали престижный статус благодаря своей беспрецедентной твердости и блеску.
Традиционно синтез этих желанных драгоценных камней основывался на методах, требующих высокого давления и высоких температур, что представляет собой серьезный барьер для крупномасштабного производства.
Однако недавнее исследование Родни С. Руоффа и его команды в Центре многомерных углеродных материалов при Институте фундаментальных наук Южной Кореи (IBS) открыло новую главу в синтезе алмазов — выращивание алмазов при атмосферном давлении и при температуре 1025 градусов по Цельсию.
В интервью корреспонденту The Korea Herald Руофф, который также является профессором химии в Ульсанском национальном институте науки и технологий, поделился мыслями о путешествии, которое привело к этому прорыву, и о его последствиях как для научных исследований, так и для промышленного применения.
Путешествие Руоффа началось более десяти лет назад в поисках нетрадиционных методов синтеза алмазов. «Я думал о «нетрадиционных» методах выращивания алмазов более десяти лет», — делится он. «Можно ли выращивать алмазы способами, которые другие считают невозможными или маловероятными?»
«На данный момент практически ничего не известно о том, как углерод растворяется в очень широком спектре жидких металлических сплавов», — объясняет Руофф.
«Инженера, который хочет «перепроектировать» проблему, этот факт будет чрезвычайно раздражать: нет базы данных, на основе которой можно было бы создать путь для улучшения техпроцесса. Для меня, как физико-химика, который действительно любит заниматься фундаментальной наукой, это чудесная ситуация!»
Эксперименты команды раскрыли явление диффузии углерода под жидким металлическим сплавом, состоящим из галлия, железа, никеля и кремния, при температуре 1025 градусов Цельсия и давлении в 1 атмосферу.
«Наше открытие «бессемянного» роста алмаза произошло несколько лет назад», — отмечает Руофф. «При выращивании без семян метан разлагается с образованием атомов углерода, которые диффундируют «под поверхность» жидкости и на глубину (до) 100 нанометров от поверхности».
По данным IBS, присутствие кремния способствует образованию и стабилизации углеродных кластеров, которые служат «предварительным зародышем» для роста алмаза. Это открывает путь к дальнейшим исследованиям и экспериментам с многочисленными возможностями для оптимизации условий роста и изучения альтернативных составов жидких металлов.
С практической точки зрения, удаление алмазных семян из производственного процесса имеет серьезные последствия для промышленного ландшафта. Учитывая потенциал упрощения и более масштабного производства алмазов, этот прорыв может нарушить установившуюся динамику цен на алмазном рынке.
Например, синтезированные алмазы обладают теми же физическими и химическими свойствами, что и природные алмазы, но при этом значительно сокращают затраты и время производства по сравнению с искусственными алмазами, изготовленными по самым передовым методам. Для изготовления бриллианта диаметром 0,5 сантиметра требуется всего несколько тысяч вон (несколько долларов США) на металл и электричество, а весь процесс занимает всего два часа.
Между тем, последствия этого открытия выходят за рамки синтеза алмазов. Наличие центров окраски кремний−вакансия в структурах алмаза может иметь практическое применение в высокотехнологичных областях.
Мэйхуэй Ван, коллега из лаборатории Руоффа, подчеркивает потенциальные возможности применения, заявляя: «Этот синтезированный алмаз с центрами окраски кремний−вакансия может найти применение в магнитном зондировании и квантовых вычислениях».
«Благодаря этому будет создано много новых научных достижений, и вполне вероятно, что это окажет влияние на промышленность», — отмечает Рудофф, разделяя это мнение. «Позже мы обратимся к намеренному добавлению в наш алмаз «центров окраски» для исследований магнитного зондирования и квантовых вычислений».
67-летний американский учёный, с 1996 года занимавший профессорские должности в различных университетах США, вспоминает, как приехал в Южную Корею. «Именно во время конференции по графену в UNIST (около 2010 или 2011 года) коллеги начали беседу со мной, что в конечном итоге привело к предложению о создании нового центра в составе Института фундаментальных наук ЮК».
По словам Руоффа, создание Центра многомерных углеродных материалов под эгидой IBS предоставило ему платформу для дальнейшего развития его исследовательских усилий в Корее. «Я увидел стремление страны внести свой вклад в научное сообщество и улучшить наше понимание углеродных материалов».
Забегая вперед, Руофф выражает намерение продолжить свои исследования в Корее, подчеркивая благоприятную среду для научных исследований и сильную поддержку фундаментальной науки. «Корея продолжает расширять свою технологическую базу. Это положительно влияет на фундаментальную науку» — сказал он.
Хван Джу Ён
#южнаякорея #корея #политика #экономика #химия #алмазы #технология #металлургия #промышленность #общество #культура #наука #азия
Comments