ダイヤモンドは作りにくいです。 それらは、頭蓋骨を砕く圧力と岩が溶ける温度の下で、表面のおよそ100マイル下の地球の上部マントルに形成されます。 これらの条件をラボで再現することは一般的になりつつありますが、それを行うための機器は高価であり、プロセスには数日から数週間かかる場合があります。
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ノースカロライナ州立大学のチームは、数十年のテストを経て、極端な圧力下で炭素を圧搾したり、従来のベーキングで加熱したりせずにダイヤモンドを迅速に製造できる方法を発見しました。
「カーボンをダイヤモンドに変換することは、世界中の科学者にとって最も長い間大切な目標でした」と、Jourd of Applied Physicsで今週発表された論文の主執筆者であるJagdish Narayanは言います。
驚くべきことに、彼らのダイヤモンドを作る過程で、ナラヤンと彼のチームはまた、Q-カーボンと呼ばれる炭素の新しい段階を発見しました。 この奇妙な素材は、ダイヤモンドよりもさらに丈夫で、磁性があり、柔らかい輝きを放ちます。 Qカーボンは、より高速で安価なダイヤモンドを製造するという役割は別として、電子ディスプレイでの用途を見つけることができ、他の惑星の磁気の理解を助けるかもしれません。
炭素をダイヤモンドに変えるには膨大なエネルギーが必要であり、それが以前は高圧と高温下でのみ形成されると考えられていた理由です。 。
しかし、ナラヤンによると、それはすべて速度にあります。 「迅速なプロセスを通じて、本質的に母なる自然をだますことができます」と彼は言います。
通常の室内圧力下で、チームは結晶構造を欠くアモルファスカーボンを非常に短いレーザーパルスにさらしました。 これにより、炭素はおよそ華氏6, 740度まで加熱されました。比較として、太陽の表面は華氏約10, 000度です。
その後、溶融カーボンの水たまりは急速に冷却または急冷され、強靭な新しいQカーボンを形成しました。
カーボンの他のバージョンは、ソフトで不透明なグラファイトとハードでキラキラ光るダイヤモンドのような非常に異なる特性を示し、Q-カーボンも例外ではありません。 たとえば、炭素が融解すると、原子間の結合が短くなり、材料が突然冷却されるため、再び長くなる時間がありません。 これにより、完成品はダイヤモンドよりも密度が高く硬くなります。
さらにエキサイティングなのは、Qカーボンが室温で磁性を持っていることです。これは、これまでに製造された数少ない磁性カーボン材料の1つです。 そして、その特定の原子配列のために、材料は少量の光を放出します。 これらの特性により、Q-カーボンは将来の電子アプリケーションに非常に役立つ可能性があります。
ただし、より直接的な使用は、ダイヤモンドの作成を支援することです。 科学者は、溶融炭素の冷却速度をわずかに変更することで、ナノニードル、マイクロニードル、ナノドット、フィルムなど、さまざまな形でダイヤモンドの結晶を成長させることができます、とナラヤンは説明します。
新しい手法を使用して作成されたマイクロダイヤモンドを示す拡大画像。 （応用物理ジャーナル） このプロセスは、レーザー眼科手術で既に一般的なレーザーを使用しているため、部分的には安価です。 さらに、この方法では、ナノ秒単位でダイヤモンドが成長します。
「約15分でカラットを作ることができます」とナラヤンは言います。
現在、ダイヤモンドは小さく、最大のものは幅が約70ミクロン、またはナラヤン氏によると人間の髪の毛の幅です。 しかし、彼はプロセスを拡大できると確信しています。 この時点で、宝石サイズの主な制限はレーザーであり、より広いビームはより大きなダイヤモンドを作ることができると彼は言います。
しかし、この方法は、大きな宝石を生産するよりも、おそらく小さな花火の大量生産に最も有望であるとフィッシャーは言います。
天然ダイヤモンド博物館のポスドク研究員である物理学者キール・バーンは、小さなダイヤモンドは電子工学、医学、研磨剤などのさまざまな分野で有用だと説明しています。 「[ダイヤモンド]を作成する新しい方法（特に古い方法の多くのインフラストラクチャを回避する方法）を持つことは素晴らしいことです」とByrne氏は言います。
チームは現在、Qカーボンの興味深い特性を理解することに焦点を合わせており、活発なダイナモを持っていないように見える他の惑星の磁場を説明するのに役立つかもしれないと示唆しています。
しかし、こうした種類の理論を試してみる前に、学ぶべきことがまだたくさんあります、とバーンは言います。「それは本当に興味深い発見です。 [しかし]それから何が来るのか、今ではそれが興味深い部分です。」
