Τα διαμάντια είναι ελαστικά όταν γίνονται μικροσκοπικά
Τα διαμάντια είναι αιώνια, αλλά αν τα κάνετε υπερμικρά, μπορούν να γίνουν λίγο “μαλακά”. Ένα πείραμα με μερικά από τα μικρότερα διαμάντια που έχουν μελετηθεί ποτέ αποκάλυψε τώρα γιατί γίνονται εκπληκτικά ελαστικά όταν είναι υπερμικρά.
«Τα μαζικά διαμάντια είναι ευρέως γνωστά για την ακραία ακαμψία και σκληρότητά τους. Στην κλίμακα του νανομέτρου, τα πράγματα μπορούν να είναι διαφορετικά», λέει ο Chongxin Shan στο Πανεπιστήμιο Zhengzhou της Κίνας. Αυτός και οι συνεργάτες του μελέτησαν πώς τα διαμάντια μεγέθους μόλις 4 νανομέτρων – εκατοντάδες φορές μικρότερα από κάποιους ιούς – αντιδρούν στην πίεση.
Οι ερευνητές συμπίεσαν κάθε μικροσκοπικό διαμάντι ανάμεσα σε δύο κυλίνδρους που είχαν άκρες από διαμάντι και ήταν ικανοί να συμπιέσουν το νανοδιαμάντι. Οι κύλινδροι συνδέθηκαν με έναν αισθητήρα δύναμης που μέτρησε πόσο αντιστάθηκε το διαμάντι και με ένα ειδικό μικροσκόπιο που απεικόνιζε το συμπιεσμένο διαμάντι.
Ο Shan λέει ότι η πραγματοποίηση αξιόπιστων μετρήσεων στην κλίμακα του νανομέτρου είναι δύσκολη, επειδή όλα τα μετρημένα φαινόμενα είναι πολύ μικρά και οποιαδήποτε μικροσκοπική διαταραχή από το περιβάλλον του διαμαντιού μπορεί να προσθέσει θόρυβο στα δεδομένα. Για να αποφύγουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές επανέλαβαν το πείραμα με περίπου 100 διαφορετικά διαμάντια και έλαβαν προφυλάξεις, όπως η διενέργεια μετρήσεων σε υψηλό κενό, όπου κανένα μόριο αέρα δεν μπορούσε να τα διαταράξει. Διαπίστωσαν ότι καθώς η διάμετρος των διαμαντιών μειωνόταν από 12 σε 4 νανόμετρα, η ακαμψία τους μειωνόταν κατά περίπου 30 τοις εκατό – που σημαίνει ότι γίνονταν πιο ελαστικά.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τις μετρήσεις τους και προσομοιώσεις των διαμαντιών στον υπολογιστή για να διαπιστώσουν γιατί. Ο Shan λέει ότι επειδή τα διαμάντια ήταν τόσο μικρά, η αναλογία μεταξύ του αριθμού των ατόμων στην επιφανειακή τους στιβάδα και του αριθμού των ατόμων που αποτελούν τον πυρήνα τους ήταν μεγάλη, αλλά οι χημικοί δεσμοί μεταξύ των δύο περιοχών ήταν αδύναμοι. Αυτό καθιστούσε τα νανοδιαμάντια πιο ελαστικά από τα μεγαλύτερα διαμάντια, όπου η αναλογία επιφάνειας προς πυρήνα είναι μικρότερη και οι ισχυρότεροι δεσμοί εντός του πυρήνα κυριαρχούν στη συμπεριφορά του διαμαντιού, λέει.
Ο Yang Lu στο City University of Hong Kong λέει ότι το νέο πείραμα βρήκε απροσδόκητες αλλαγές στις ιδιότητες των διαμαντιών, ακόμη και σε σύγκριση με προηγούμενες μελέτες μικροσκοπικών διαμαντιών. Η ομάδα του ολοκλήρωσε μερικές από τις πρώτες μελέτες που έδειξαν ότι τα διαμάντια στην κλίμακα του νανομέτρου μπορούν να είναι λιγότερο σκληρά και εύθραυστα, αλλά η νέα εργασία προώθησε το επίπεδο μικρομεγέθους δεκαπλάσια. Αυτό είναι σημαντικό, επειδή τα μικροσκοπικά διαμάντια γίνονται όλο και πιο δημοφιλές υλικό για την κατασκευή νέων ηλεκτρονικών, καθώς και κβαντικών συσκευών, λέει ο Lu. «Και τα τεχνητά διαμάντια γίνονται εξαιρετικά φθηνά πλέον, οπότε είναι μια καλή στιγμή για να βάζουμε διαμάντια σε όλο και περισσότερες [εφαρμογές]», λέει.