Nová cesta k výrobě umělých diamantů za atmosférického tlaku

Diamanty jsou vzácné nejen pro svou krásu, ale i kvůli extrémním teplotám a tlakům, které jsou nezbytné pro jejich vznik ve svrchním zemském plášti. Tyto podmínky bylo až dosud nutné napodobit i při výrobě jejich syntetických analogů, přičemž tradiční metoda, která se na jejich produkci z 99 % podílí, je energeticky velmi náročná. Proces označovaný HPHT (high pressure, high temperature) probíhá při tlaku 5–6 GPa a teplotě 1300–1600 °C. Uhlík rozpuštěný v kapalné slitině kovů při něm postupně difunduje k diamantovým „zárodkům“, které během 5–12 dnů dorostou na několikamilimetrovou velikost.

Pravidla hry však nyní může změnit nová metoda, kterou vyvinuli jihokorejští vědci. Postup umožňuje růst diamantů při výrazně nižší teplotě a za běžného atmosférického tlaku. Klíčem k úspěchu je kapalná slitina gallia, železa a niklu, která katalyzuje přiváděnou směs metanu a vodíku. Nezbytný je také přídavek stopového množství křemíku. Ten stabilizuje vznikající uhlíkové klastry, které se následně přeměňují na diamanty. Na rozdíl od tradičních metod je tento postup energeticky méně náročný a obejde se bez diamantových „zárodků“, což rozšiřuje možnosti růstu diamantů na různých rozhraních a substrátech.

Modifikací chemického prostředí (poměru kovů v kapalné slitině a poměru metanu k vodíku) lze připravit diamanty různých velikostí a tvarů.

Snímek Institute for Basic Science

Objev by proto mohl významně zlevnit syntézu diamantů a rozšířit jejich využití nejen ve šperkařství, ale také v oblastech, jako jsou vysoce výkonné elektronické komponenty, nové kvantové technologie či speciální senzory v částicové fyzice.

Gong Y. et al.: Nature, 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-07339-7