شیوه جدید تولید کریستال های الماس بهتر و بزرگتر

[ps.zine]

محققین موسسه کارنگی تکنیک جدیدی برای تقویت خصوصیات الماس ابداع کردند. نه تنها درخشان تر شدن این جواهر بلکه آسان شدن روند ساخت الماس با کیفیت بالا برای استفاده در تیغه برش، وسایل الکتریکی و حتی در کامپیوترهای کوانتومی است.



چنین الماس هایی که در آزمایشگاه با استفاده از پروسه رسوبگیری بخار شیمیایی در دمای بالا و فشار کم تولید می شوند دارای رنگ بهتر و وضوح نوری بیشتری هستند.
ممکن است همیشه الماس وجود داشته باشد، اما خصوصیاتی که آنرا ماده ممتازی برای بسیاری از مقاصد می کند – سختی، وضوح نوری، مقاوت شیمیایی، پرتو دهی، و میدان الکتریکی- است که آنرا ماده پر اهمیتی می سازد. نقص ها می توانند توسط شیوه گرما دهی ای به نام بازپخت از بین برود، اما این کار منجر به تبدیل آن به گرافیت، ماده نرم و خاکستری رنگ کربنی که در نوک مداد ها، می شود. برای جلوگیری از تبدیل آن به گرافیت، الماس باید در طول مدت بازپخت تحت فشار بالا (نزدیک به 60000 برابر بیش از فشار اتمسفر) قرار گیرد؛ اما روش دما و فشار بالا بازپخت بسیار گران است. همچنین انداره الماس ها نیز محدود است.

نتایج در تاریخ 27-31 اکتبر در نسخه آنلاین فعالیت های اکادمی ملی علوم آمریکا منتشر شدند. یو- فی منگ، چی- شیو یان، جوزف لای، شوزنسی کراسنیکی، هایون شو، توماس یو، کای لیانگ، هو- وانگ مائو و راسل هلمی از آزمایشگاه موسسه ژئو فیزیک کارنگی از شیوه ای به نام رسوبگیری بخار شیمیایی CVD برای تولید الماس برای آزمایشاتشان استفاده کردند. بر خلاف دیگر روش ها، که از تولید الماس در فشاری مشابه فشار اعماق زمین استفاده می کنند، شیوه CVD کریستال الماس را در فشار پایین تولید می کند. الماس های تولیدی، که می توان بسیار سریع تولیدشان کرد، ساختشان کاملا تحت کنترل است و نسبتا نقص های آن کم است.

تیم کارنگی الماس را در دمای 2000 درجه سلسیوس توسط مایکروویو پلاسما در فشاری کمتر از فشار اتمسفر بازپخت کرد. کریستال هایی، که در اصل زرد- قهوه ای هستند اگر با اهنگ تولید بالا تولید شوند، بی رنگ و یا صورتی کم رنگ می شوند. به علت نبود فشار پایدار کمترین میزان گرافیت تولید خواهد شد. استفاده از شیوه های تجزیه ای مانند فوتولومینسنس و جذب طیف سنجی، محققین را قادر به شناسایی نقصی که منجر به تغییر رنگ می شود کرد. خصوصا، رنگ صورتی سرخ گون بر اثر ساختاری به نام نیتروژن خالی المرکز NV، زمانی که نیتروژن جای اتم کربن را در شبکه کریستال در کنار محل خالی را بگیرد.

منگ می گوید: این روش بازپخت فشار پایین و دمای بالا خصوصیات اپتیکی این کریستال های سریع التولید را افزایش می دهد.

او افزود: کاهش قابل ملاحظه ای در میزان نور جذب شده از طیف فرابنفش تا نور مرئی و مادون قرمز را مشاهده می کنیم. ما همچنین قادریم کاهش تغییرات را در ساختار ناقص که به علت ثابت کردن اتم های هیدروژن در شبکه بلوری در طول زمان تولید CVD، را تعیین کنیم.

یان می گوید: دیدن الماس قهوه ای که با CVD شفاف می شوند، کریستال های صورتی رنگ، بسیار جالب خواهد بود. و بعلت اینکه دانشمندان به علل تغییر رنگ در الماس ها توجه زیادی می کنند، کار ما به صنعت جواهر سازی در تشخیص الماس طبیعی از الماس مصنوعی کمک خواهد کرد.

هو وانگ مائو می گوید: هیجان انگیزترین بخش این روش بازپخت جدید نامحدود بودن اندازه کریستال های تولید شده است. این کشف به ما اجازه می دهد تا الماس چند کیلو قیراطی با خصوصیات اپتیکی بالا تولید کنیم. به علت اینکه این متد نیاز به پرس با فشار بالا ندارد، می توان گفت سرعت تولید الماس بیشتر شده و رنگهای بیشتری از شیوه بازپخت کنونی (فشار بالا) می توان تولید کرد. همچنین هیچ محدودیتی در اندازه کریستال ها و تعداد آنها وجود ندارد، چرا که در این شیوه محدودیت اندازه اتاقک فشار بالا وجود ندارد. بخش مایکروویو نیز بسیار ارزان تر از دستگاه فشار زیاد است.
راسل هلمی ریاست آزمایشگاه می گوید: روش بهینه، الماس های بهتری با خصوصیات تقویت شده اپتیکی از فرابنفش تا فروسرخ برای نسل جدید وسایل پر فشار و مواد مورد استفاده در پنجره ها تولید می کند. اینها مزایای استفاده از راکتور های CVD است.

کریستال های الماس تولید شده با این شیوه جدید استفاده های زیادی در علم و تکنولوژی مانند استفاده از کریستال الماس به عنوان سندان در تحقیقات پرفشار؛ و همچنین استفاده های اپتیکی از شفافیت خاص الماس دارد. در میان استفاده های آینده از الماس صورتی رنگ، استفاده در محاسبات کوانتومی است، که میتوان از الماس های NV در مرکز نگهداری اطلاعات کوانتومی استفاده کرد.

مترجم: محمد علی عاشوری


www.pszine.net