קשה ליצור יהלומים. הם נוצרים במעטפת העליונה של כדור הארץ, בערך מאה מייל מתחת לפני השטח, תחת לחצי ריסוק גולגולות וטמפרטורות נמסות סלעים. אף ששכפול מצבים אלה במעבדה הופך להיות דבר שבשגרה, הציוד לעשות זאת הוא יקר והתהליך יכול לארוך ימים עד שבועות.
תוכן קשור
- אנו חסרים לפחות מינרלים נושאי פחמן 145, ואתם יכולים לעזור למצוא אותם
- יהלומים עתיקים הגיעו ממי ים ויהלומים עתידיים עשויים לבוא מהאוויר
- מפעל אפריקני זה מוביל את הדרך למפקדי יהלומים
כעת, לאחר עשרות שנים של בדיקות, צוות מאוניברסיטת צפון קרוליינה גילה דרך מהירה לייצור יהלומים שניתן לעשות בלי לסחוט פחמן בלחץ קיצוני או לחמם באפייה קונבנציונאלית.
"המרת פחמן ליהלום הייתה מטרה הוקרה עבור מדענים בכל רחבי העולם מזה זמן רב", אומר ג'גדיש נאראיאן, מחבר הראשי של העיתון שפורסם השבוע בכתב העת Journal of Applied Physics .
באופן מדהים, בתהליך יצירת היהלומים שלהם, נאראין וצוותו גילו גם שלב חדש של פחמן, המכונה Q-carbon. החומר הביזארי הזה אפילו קשה יותר מיהלום, הוא מגנטי ופולט זוהר רך. מלבד תפקידו בייצור יהלומים מהירים וזולים יותר, Q-carbon יכול למצוא שימושים בתצוגה אלקטרונית ועשוי לסייע להבנתנו את המגנטיות בכוכבי לכת אחרים.
שינוי פחמן ליהלום דורש כמות עצומה של אנרגיה, וזו הסיבה שבעבר חשבו שהם יוצרים רק תחת לחץ וטמפרטורות גבוהות, מסבירה הגאופיזיקנית רבקה פישר, עמיתה פוסט-דוקטורט במוזיאון הטבע ההיסטורי של סמיתסוניאן שלא היה מעורב במחקר. .
אבל לטענת נאראין, הכל במהירות. "בתהליך המהיר אנו יכולים בעצם להטעות את אמא טבע", הוא אומר.
בלחץ קבוע בחדר, חשף הצוות פחמן אמורפי, חסר מבנה גביש, לפולסי לייזר קצרים במיוחד. זה חימם את הפחמן לכדי 6, 740 מעלות פרנהייט - לשם השוואה, פני השמש הם בערך 10, 000 מעלות פרנהייט.
השלולית של הפחמן המומס התקררה אז במהירות או הומתה כדי ליצור את פחמן ה- Q החדש והקשה.
גרסאות אחרות של פחמן מציגות תכונות שונות בהרבה - כמו גרפיט רך ואטום לעומת יהלומים קשים ונוצצים - ופחמן Q אינו יוצא מן הכלל. כאשר הפחמן נמס, למשל, הקשרים בין האטומים מתקצרים ואין להם זמן להתארך שוב כאשר החומר מתקרר פתאום. זה הופך את המוצר המוגמר לצפוף וקשה יותר מיהלום.
מרגש עוד יותר הוא ש- פחמן Q הוא מגנטי בטמפרטורות החדר - אחד מחומרי הפחמן המגנטיים הבודדים שיוצרו אי פעם. ובגלל הסידור האטומי הספציפי שלו, החומר פולט כמויות אור קטנות. תכונות אלה עשויות להפוך את פחמן Q ליקר ביותר עבור יישומים אלקטרוניים עתידיים.
אולם השימוש המיידי שלה הוא סיוע ביצירת היהלומים. על ידי שינוי מעט של שיעורי ההתקררות של הפחמן המותך, המדענים יכולים להשתמש בו כדי לגדל גבישים של יהלומים בשורה של צורות, כמו ננו-אדלים, מיקרו-מוטות, ננו-דוטים וסרטים, מסביר נאראין.
תמונה מקרוב המציגה מיקרו-דיאונדים שנעשו בטכניקה החדשה. (כתב העת לפיזיקה יישומית) התהליך אינו יקר, בין השאר מכיוון שהוא משתמש בלייזר שכבר פופולרי לניתוחי עיניים בלייזר. בנוסף, השיטה מגדלת יהלומים בעניין של ננו-שניות.
"אנחנו יכולים להכין קראט בעוד כרבע שעה, " אומר נאראיאן.
נכון לעכשיו, היהלומים קטנים - הגדול ביותר הוא בערך 70 מיקרון, או בערך רוחב שיער אדם, על פי נאריאן. אך הוא בטוח כי ניתן להגדיל את התהליך. בנקודה זו הגבול העיקרי לגודל פנינה הוא הלייזר, הוא אומר, וקורה רחבה יותר יכולה לייצר יהלומים גדולים יותר.
אבל במקום לייצר פנינה גדולה, השיטה כנראה מבטיחה ביותר לייצור המוני של נוצצים קטנים יותר, אומר פישר.
יהלומים זעירים שימושיים במגוון תחומים, כולל אלקטרוניקה, רפואה ושחיקה, מסביר הפיזיקאי קיל ביירן, גם הוא עמית פוסט-דוקטורט במוזיאון להיסטוריה של הטבע. "דרך חדשה ליצור [יהלומים] - במיוחד כאלה שנמנעים הרבה מהתשתית של השיטות הישנות - היא נהדרת, " אומרת ביירן.
הצוות מתמקד כעת בהבנת התכונות המסקרנות של פחמן Q, ואף מציע שהוא יכול לעזור להסביר את השדות המגנטיים של כוכבי לכת אחרים שלא נראים כאילו הם בעלי דינמו פעיל.
אבל יש עוד הרבה מה ללמוד לפני שנוכל להתחיל להעמיד למבחן סוגים אלו של תיאוריות, אומר בירן: "זו תגלית מעניינת באמת. [אבל] מה מגיע מזה - עכשיו זה החלק המעניין. "
