Najmenší diamant na svete

28. aug. 2018 • Fyzikálne vedy

Najmenší diamant na svete

Českí vedci z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR v spolupráci s americkými, nemeckými a belgickými kolegami boli úspešní pri vývoji najmenšieho diamantu na svete. Synteticky vytvorený kryštál nanodiamantu bol vypestovaný zo zárodku obsahujúceho 26 atómov uhlíka. Veľkosť zárodku kryštálu je asi stotisíckrát menšia než šírka ľudského vlasu. 

Štúdia ukazuje, že zhluk 26 atómov uhlíka je práve tá najmenšia možná veľkosť pre vytvorenie tzv. kritického zárodku dokonalého diamantového kryštálu. Tento objav poskytuje nové možnosti pre prieskum biologického sveta. Na výskume sa okrem Fyzikálneho ústavu AV ČR podieľala aj Stanfordská univerzita v USA, nemecká univerzita v Giessene a belgická univerzita v Hasselte.

Diamant je nielen najtvrdším materiálom, ale má jedinečné optické vlastnosti, vďaka ktorým je ideálny pre priemyselné účely, ako sú lasery, kvantová technológia alebo aplikácie pre biologickú detekciu. Práve pre vývoj bunkovej detekcie možno nanodiamanty využiť ako nanoskopické senzory založené na princípe nukleárnej magnetickej rezonancie (pracujú na rovnakom princípe ako NMR prístroj v lekárskej diagnostike, ale pôsobí priamo vo vnútri živých buniek).

Dvoustupňový mechanismus nukleace a růstu krystalu diamantu metodou PECVD (vlevo) a diamantové nanokrystaly vypěstované metodou PECVD zvětšením diamantového zárodku o velikosti 26 uhlíkových atomů (vpravo).

Obr. 1 Dvojstupňový mechanizmus tvorby a rastu kryštálu diamantu metódou PECVD (vľavo) a diamantové nanokryštály vypestované metódou PECVD zväčšením diamantového zárodku s veľkosťou 26 uhlíkových atómov (vpravo).

Najmenší možný počet atómov

Diamanty musia byť pre tieto účely úplne čisté a musia mať veľkosť v nanometroch. To sa snažili českí vedci dosiahnuť tým, že hľadali najmenší možný počet atómov, ktorý je potrebný pre vytvorenie kritického diamantového zárodku. Z tohto zárodku bol nasledovne vypestovaný diamantový nanokryštál za použitia metánu a atómov dusíka v plynovom výboji (metóda PECVD – Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition). Pomocou tejto metódy je možné vytvoriť kryštály s čistotou 0,1 ppb. To znamená, že iba jeden z 10 miliárd atómov bude iba atóm pochádzajúci z nečistôt a v nanodiamantovom kryštáli sa preto nachádzajú len atómy uhlíka. Takáto úroveň čistoty je nevyhnutná pre výrobu kvantového snímača pre detekciu NMR vyrobeného pomocou implantácie jednotlivých atómov dusíka do nanodiamantového kryštálu, ktorý tvorí kvantový NMR senzor vo forme tzv. NV centra (atóm dusíka vyplní prázdne miesto v kryštálovej mriežke). Takéto kryštály potom majú ružovú farbu. Atómová NMR sonda dokáže detekovať napríklad protóny v blízkom biologickom prostredí, podobne ako je to vo veľkých NMR zariadeniach, ale v nanorozmeroch s citlivosťou bilionkrát ( 1012) vyššou, než sa dosahuje v bežnom NMR zriadení.

Syntetická výroba

Diamantové kryštály boli pripravené Andrew Taylorom a Dr. Václavom Petrákom z Fyzikálneho ústavu Akadémie vied ČR v rámci výskumnej práce nadväzujúcej na český národný projekt BIOKOM Nanotechnológia pre spoločnosť, ktorého koordinátorom bol M. Nesládek. Poznatky boli nedávno zverejnené vo vedeckom časopise Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Výskum prináša novú víziu syntetického procesu výroby diamantov a zvýšenie ich čistoty. Experimentálne výsledky boli overené tiež teoretickým modelom. Tieto poznatky sa dajú využiť aj v iných oblastiach výskumu, ako je výroba vrstiev kremíka plazmatickými metódami a použitie ako polovodiče pre počítačové čipy.

 

Pripravili: Fyzikálny ústav AV ČR v spolupráci s Alicou Horáčkovou, Odbor mediálnej komunikácie Kancelárie AV ČR

Foto: Fyzikálny ústav AV ČR

Redigovala a uverejnila: MI, NCP VaT pri CVTI SR

 

Hore
Bratislavská vedecká cukráreň
Aurelium - centrum vedy
Veda v Centre
Publikácie Veda v CENTRE
kúpa časopisov jún 2016
Quark_2019
TAG Slovenská veda
banner záhrady
Extrapolácie 2019
Zaujímavosti vo vede
Tlmenie bolesti pacienta pri chirurgických výkonoch je možné realizovať aj blokádou určitých nervov.
Zistite viac