Исследователи разработали революционную методику получения алмазов при нормальном атмосферном давлении без использования драгоценных камней. Открытие упростит выращивание алмазов в лабораторных условиях.

Природные алмазы формируются в мантии Земли под экстремальными давлением и температурой на глубине сотен километров. Этот процесс требует давления в несколько гигапаскалей и температуры свыше 1500 °C.

Сегодня искусственные алмазы выращивают при высоком давлении и высокой температуре (high-pressure and high-temperature, HPHT) — условиях, имитирующих условия мантии. Однако это дорого, сложно, а размер итоговых камней ограничен. Для создания мелких алмазов требуется неделя или больше. Альтернативный метод, химическое осаждение из паровой фазы (chemical vapor deposition, CVD), устраняет некоторые ограничения HPHT, но требует наличия алмазных семян.

Родни Руофф, химик-физик из Института фундаментальных наук в Южной Корее, и его команда ученых разработали метод синтеза алмазов при нормальном атмосферном давлении без использования драгоценных камней. Они использовали электрически нагретый галлий с небольшим количеством кремния в графитовом тигле.

Тигель — емкость, которая используется для плавления и обжига различных металлов в печах. Эти изделия могут являться компонентами металлургического и лабораторного оборудования. Чаще всего они бывают конической или цилиндрической формы.

В специальную камеру ввели горячий, богатый углеродом метан. В ней при атмосферном давлении создается оптимальная среда для роста алмазов.

Оказалось, что смесь галлия, никеля, железа и кремния идеально подходит для катализации роста алмазов. Галлий выступает в роли катализатора, а кремний помогает формированию алмазов. При прохождении богатого углеродом метана через нагретую смесь алмазы начинают формироваться всего за 15 минут. Через два с половиной часа на дне тигля образуется более полная алмазная пленка.

Бриллианты, сделанные по новой технике, в основном чистые, но они слишком крошечные. Изображение предоставлено: Институт фундаментальных наук

Спектроскопический анализ подтвердил, что пленка в основном чистая, с небольшими следами кремния.

Хотя этот метод многообещающий, у него есть свои сложности. Получаемые алмазы маленькие, гораздо меньше тех, что создаются методом HPHT, и не подходят для ювелирных изделий. Однако они пригодятся для производственных процессов, особенно в полировке и сверлении.

Исследование опубликовано в журнале Nature.