Crecimiento de diamante en metal líquido a una presión de 1 atm

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Geoquímica
• La cristalografía

Sus antecedentes:

• Los diamantes naturales se forman en el manto superior de la Tierra bajo presión extrema (5-6 GPa) y alta temperatura (900-1,400 ° C) dentro de fundidos metálicos.
• Los métodos anteriores de diamante sintético requerían un aparato de alta presión y alta temperatura, a menudo utilizando sulfuro de hierro fundido.
• Los modelos existentes sugieren que el crecimiento del diamante a partir de metales líquidos solo es factible bajo alta presión y alta temperatura.

Objetivo del estudio:

• Investigar la posibilidad de cultivar cristales y películas de diamante utilizando metal líquido a presión ambiente.
• Desafiar el paradigma establecido que requiere alta presión para la síntesis de diamantes a partir de metales líquidos.
• Explorar un nuevo método para la nucleación y el crecimiento del diamante en condiciones moderadas.

Principales métodos:

• El crecimiento del diamante se logró utilizando una mezcla de metales líquidos (gallio, hierro, níquel, silicio) a una presión de 1 atm y 1,025 °C.
• El metano se activó catalíticamente, facilitando la difusión del átomo de carbono en el subsuelo del metal líquido.
• Se investigó el papel del silicio en la estabilización de los grupos de carbono cruciales para la nucleación.

Principales resultados:

• Creció con éxito cristales de diamante y películas de diamante policristalinas sin usar partículas de semilla.
• Se observa la formación de diamantes en el subsuelo del metal líquido, impulsada por la sobresaturación de carbono.
• Identificó el papel crítico del silicio en la estabilización de los grupos de carbono con enlaces tetravalentes esenciales para la nucleación del diamante.

Conclusiones:

• Demostró la viabilidad de cultivar diamantes en metal líquido a 1 atm y 1.025 ° C, rompiendo las limitaciones termodinámicas anteriores.
• El proceso se basa en la sobresaturación de carbono dentro de la superficie del metal líquido y la activación catalítica del metano.
• Este método de síntesis a baja presión y temperatura moderada abre caminos para la investigación fundamental y la producción escalable de diamantes.