El grafito al diamante: origen de la selectividad cinética

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Física del estado sólido
• La cristalografía

Sus antecedentes:

• La transición de fase sólida del grafito al diamante bajo compresión estática está termodinámicamente favorecida hacia el diamante cúbico.
• Sin embargo, las observaciones experimentales muestran una preferencia por la formación de diamantes hexagonales incluso en condiciones suaves (15 GPa).

Objetivo del estudio:

• Para aclarar los mecanismos a nivel atómico que rigen la cinética de la transición de fase de grafito a diamante.
• Para explicar la formación preferente del diamante hexagonal sobre el diamante cúbico bajo una leve compresión estática.

Principales métodos:

• Exploración global de las superficies de energía potencial para identificar estructuras intermedias de baja energía.
• Análisis cinético cuantitativo de las vías de transición grafito-diamante.

Principales resultados:

• Identificación de siete tipos de estructuras intermedias de baja energía cruciales para la cinética de la transición.
• El diamante hexagonal exhibe una fácil nucleación dentro de la matriz de grafito debido a las interfaces coherentes grafito / diamante hexagonal.
• La cinética de propagación para el diamante hexagonal es significativamente más rápida que para el diamante cúbico.

Conclusiones:

• La selectividad observada para el diamante hexagonal está controlada cinéticamente, no impulsada termodinámicamente.
• Las interfaces coherentes promueven la rápida nucleación y el crecimiento del diamante hexagonal.
• La formación de diamantes cúbicos es significativamente más lenta debido a la falta de sitios de nucleación coherentes y a menudo se mezcla con el crecimiento de diamantes hexagonales.