Как известно, строгая алмазная решётка из атомов углерода образуется в глубинах Земли при экстремальной температуре и давлении. Для создания синтетических алмазов учёным приходится имитировать эти условия и тратить на это от 6 до 10 недель. Однако теперь южнокорейские учёные разработали метод, позволяющий выращивать синтетические алмазы при нормальном атмосферном давлении в лаборатории всего за 15 минут.

Алмаз – это кубическая аллотропная форма углерода, кристаллическая структура которого является результатом продолжительного воздействия чрезвычайно высокой температуры и давления на атомы. В природе они формируются на глубине сотен километров в земной мантии на протяжении миллионов лет. Позже сейсмические процессы и вулканические извержения заставляют их подниматься ближе к поверхности, благодаря чему их способны обнаружить люди. Редкость алмазов, обусловленная особенностями геологических процессов, необходимых для их образования, вместе со сложностью добычи минерала и успешным маркетингом сформировала образ очень востребованного во многих сферах камня. Чтобы удовлетворить спрос, учёные уже много лет выращивают синтетические алмазы, имитируя экстремальные условия их формирования в лабораториях. Традиционно установки, выращивающие углеродные кристаллы, способны поддерживать давление на уровне 50 000 атмосфер при температуре около 1500 °C.

Новый метод, разработанный исследователями из Института фундаментальных наук и Улсанского национального института науки и технологий в Южной Корее, доказал, что выращивать алмазы возможно при комнатном атмосферном давлении и гораздо более низкой температуре всего за 15 минут. Учёные синтезировали камни, используя жидкий металлический сплав галлия, железа, никеля и кремния. Они поместили сплав в 9-литровый резервуар, в который затем закачивают смесь газообразного метана и водорода, разогретую до 1025 °C. Через 15 минут газ удаляется из системы, а на дне резервуара образуется алмазная плёнка, которую легко отделить для дальнейшей обработки.

Обычно системы синтезирования алмазов требуют использования «зёрен», на которые наслаиваются первые атомы углерода для образования кристаллической решётки. Тем временем техника южнокорейских исследователей предусматривает, что следовое количество кремния в жидком металлическом сплаве способствует тому, чтобы атомы углерода в газовой смеси начали образовывать кластеры, формируя чистейшую алмазную плёнку. Исследователи отметили, что другие металлы можно заменять, но кремний является главным катализатором процесса. Далее учёные рассчитывают продолжить эксперименты с другими сплавами и газовыми смесями, а также с другими формами углерода, чтобы отыскать наиболее оптимальный алмазный «рецепт». Вероятнее всего, такие алмазы в первую очередь найдут применение в промышленности, однако, возможно, новые адаптации данной методики позволят выращивать и камни ювелирного качества.

Источник: Growth of diamond in liquid metal at 1 atm pressure / Gong, Y., Luo, D., Choe, M. et al.