Sciencemag.cz
Doporučujeme
Nanodiamanty, tedy míněno doslova jako diamanty složené z částic o rozměrech v nanometrech, se uplatňují jako senzory, počítá se s nimi pro procesory kvantových počítačů i další technologie. I když jde o jednoduchý materiál, výroba nanodiamantů je velmi obtížná. Problém byl dosud především s výrobou diamantových nanočástic, které budou mít stejnou velikost.
Už samotná základní laboratorní metoda přípravy nanodiamantů byla celkem kuriózní: výbuch TNT (nebo jiné výbušné sloučeniny/směsi obsahující uhlík) v uzavřené nerezové nádobě. Tím se vytvoří vysoká teplota a tlak potřebné ke vzniku diamantu, konkrétní podmínky exploze pak vytvoří nanočástice. Ty jsou ovšem nestejně velké, což vyžaduje jejich další třídění podle konkrétního plánovaného využití.
Hao Yan a Tengteng Lyu s dalšími kolegy z University of North Texas zkusili namísto toho k přípravě nanodiamantů zkopírovat způsob, jímž diamanty vznikají v přírodě. Tento proces probíhá (zůstaneme-li na Zemi) především v zemském plášti na místech, která obsahují velké množství železa a sloučenin železa a uhlíku, včetně karbidů a uhličitanů, speciálně pak reakcí karbidu železa s oxidy železa na pomezí zemské kůry a svrchního pláště. Vědci proto nejprve vytvořili stejně velké nanočástice karbidu železa, který hrál roli zdroje uhlíku. Tyto částice pak byly rozesety po matrici oxidu železitého (poznámka PH: zřejmě, z průvodní tisková zprávy se to s určitostí nepozná, o jaký oxid šlo, a samotný text k dispozici není). Následně se na substrátu za vysoké teploty a tlaku vytvořily nanodiamantové krystaly o rozměrech kolem pouhých 2 nm, navíc s odchylkou jen asi 50 %. To je z hlediska intervalu velikosti krystalků o řád vyšší přesnost než při použití jiných metod a následném přečišťování.
Dále pak v rámci studie přišla na řadu otázka nanodiamantů obsahujících nějaký definovaný defekt, např. nahrazení atomu uhlíku jiným atomem (dusík, křemík, nikl…). Protože heteroatomy materiál mírně zabarvují, říká se jim také „barevná centra“. Nanočástice s pouze jediným barevným centrem mohou přitom sloužit k uchovávání informace mj. v kvantových počítačích a telekomunikačních zařízeních.
Nanodiamanty s defektem se dosud vyrábějí hlavně pomocí bombardování vysokoenergetickými svazky příslušného atomu. Tím ale vznikají částice s různým počtem barevných center, které se zase musí třídit. Navíc při krystalech o velikostech 2-3 nm (tedy právě miniaturizace dosažená výše) začíná celá metoda narážet na další problémy. Autoři celé studie proto navrhují zabudovat heteroatomy/defekty už ve fázi laboratorní syntézy z karbidu. Najednou by pak mohlo jít vyrobit dostatek nanodiamantů s jediným barevným centrem pro několik tisíc kvantových počítačů.
Controlled synthesis of sub-five-nanometer diamond particles, ACS Spring 2022. acs.digitellinc.com/acs/live/22/page/677
Zdroj: American Chemical Society / Phys.org
