Kulstofholdig gas skaber diamanter på samlebånd

Ni forskere fra amerikanske Carnegie Institution har udviklet nye teknikker, der fjerner urenheder i eksisterende diamanter, og som kræver væsentligt mindre energi for at fremstille kunstige diamanter til brug i skæreværktøjer eller elektronisk udstyr.

Urenheder i diamanter fjernes i dag med en varmeproces kaldet udglødning. Ulempen ved den proces er, at der er risiko for, at diamanterne bliver forvandlet til grafit. For at undgå det kræver processen et højt tryk - op til 60.000 gange det atmosfæriske tryk. Det er igen bekosteligt og indsnævrer desuden mængden af diamanter, der kan behandles.

De ni forskere fra Carnegies anvender en metode kaldet chemical vapor deposition (CVD) til at fremstille syntetiske diamanter. For ulig andre fremstillingsmetoder, der kræver tryk op mod 50.000 gange større end lufttrykket ved Jordens overflade for at kunne presse almindelige kulstof-atomer sammen i et tæt gitter, benytter CVD-metoden gas indeholdende kulstof. Gassen kommer ind i et kammer med blot 10 til 250 gange luftrykket på Jordens overflade, skriver Carnegie i en pressemeddelelse.

For at udgløde diamanterne bruger forskerne mikrobølgeplasma ved temperaturer på 2000 grader, men med tryk under atmosfærisk tryk.

Diamanter bliver gulbrune

Diamanterne kommer dog ud gulbrune, men bliver senere enten farveløse eller let-pink. Og til trods for fraværet af det stabiliserende tryk er det en yderst minimal mængde diamanter, der bliver til grafit.

Med analytiske metoder såsom ved fotoluminescens og absorptions spektroskopi, kunne forskerne dog identificere de konkrete urenheder, som forårsagede farveændringerne.

Eksempelvis bliver den lyse pink-farve produceret af strukturer kaldet nitrogen-vagcancy(NV)-centre. Her overtager et kvælstof-atom et kulstof-atoms plads, hvis positionen i diamantens tætte gitter ligger ved siden af en ledig plads.

Denne viden og identificering af urenhederne i kulstof-atom-gitteret, der udgør diamanten, kan måske anvendes til at frembringe nye materialer eller lagre data i fremtidens kvantecomputere. På kort sigt kan de urene diamanter også agere som halvledere i de transistorer, som driver mikroprocessorerne i computere.

Dokumentation

Carnegie: New Process Promises Bigger, Better Diamond Crystals