Los diamantes son difíciles de hacer. Se forman en el manto superior de la Tierra, aproximadamente a cien millas debajo de la superficie, bajo presiones aplastantes y temperaturas de fusión de rocas. Aunque la replicación de estas condiciones en el laboratorio se está volviendo común, el equipo para hacerlo es costoso y el proceso puede llevar de días a semanas.
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Ahora, después de décadas de pruebas, un equipo de la Universidad Estatal de Carolina del Norte descubrió una forma rápida de hacer diamantes que se pueden hacer sin exprimir el carbono bajo una presión extrema o calentarlo con una cocción convencional.
"Convertir carbono en diamante ha sido un objetivo preciado para los científicos de todo el mundo durante mucho tiempo", dice Jagdish Narayan, autor principal del artículo publicado esta semana en el Journal of Applied Physics .
Sorprendentemente, en el proceso de elaboración de sus diamantes, Narayan y su equipo también descubrieron una nueva fase de carbono, denominada Q-carbon. Este extraño material es aún más resistente que el diamante, es magnético y emite un brillo suave. Además de su papel en la fabricación de diamantes más rápidos y baratos, Q-carbon podría encontrar usos en pantallas electrónicas y puede ayudarnos a comprender el magnetismo en otros planetas.
El cambio de carbono en diamante requiere una enorme cantidad de energía, por lo que anteriormente se pensaba que se formaban solo bajo altas presiones y temperaturas, explica la geofísica Rebecca Fischer, becaria postdoctoral en el Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian que no participó en la investigación. .
Pero según Narayan, todo está en la velocidad. "A través del proceso rápido podemos esencialmente engañar a la Madre Naturaleza", dice.
Bajo presión ambiental regular, el equipo expuso el carbono amorfo, que carece de cualquier estructura cristalina, a pulsos láser extremadamente cortos. Esto calentó el carbono hasta aproximadamente 6, 740 grados Fahrenheit; en comparación, la superficie del sol es de alrededor de 10, 000 grados Fahrenheit.
El charco de carbono fundido se enfrió rápidamente, o se apagó, para formar el nuevo y resistente carbono Q.
Otras versiones de carbono muestran propiedades muy diferentes, como el grafito suave y opaco frente a los diamantes duros y brillantes, y Q-carbon no es la excepción. Cuando el carbono se derrite, por ejemplo, los enlaces entre los átomos se acortan y no tienen tiempo para alargarse nuevamente cuando el material se enfría repentinamente. Eso hace que el producto terminado sea más denso y duro que el diamante.
Aún más emocionante es que el Q-carbono es magnético a temperatura ambiente, uno de los pocos materiales de carbono magnético jamás producido. Y debido a su disposición atómica específica, el material emite pequeñas cantidades de luz. Estas propiedades podrían hacer que Q-carbon sea extremadamente valioso para futuras aplicaciones electrónicas.
Sin embargo, su uso más inmediato es ayudar a la creación de diamantes. Al cambiar ligeramente las velocidades a las que se enfría el carbono fundido, los científicos pueden usarlo para cultivar cristales de diamantes en un montón de formas, como nanoneedles, microneedles, nanodots y películas, explica Narayan.
Una imagen de primer plano que muestra microdiamantes hechos con la nueva técnica. (Revista de Física Aplicada) El proceso es económico, en parte porque utiliza un láser que ya es popular para las cirugías oculares con láser. Además, el método cultiva diamantes en cuestión de nanosegundos.
"Podemos hacer un quilate en unos 15 minutos", dice Narayan.
En este momento, los diamantes son pequeños: el más grande tiene aproximadamente 70 micras de ancho, o aproximadamente el ancho de un cabello humano, según Narayan. Pero confía en que el proceso pueda ampliarse. En este punto, el límite principal del tamaño de la gema es el láser, dice, y un haz más ancho podría hacer diamantes más grandes.
Pero en lugar de producir una gema grande, el método es probablemente más prometedor para la producción en masa de bengalas más pequeñas, dice Fischer.
Los pequeños diamantes son útiles en una variedad de campos, incluidos la electrónica, la medicina y los abrasivos, explica el físico Keal Byrne, también becario postdoctoral en el museo de historia natural. "Tener una nueva forma de crear [diamantes], especialmente una que evita gran parte de la infraestructura de los métodos antiguos, es genial", dice Byrne.
El equipo ahora está enfocado en comprender las propiedades intrigantes del carbono Q, incluso sugiriendo que podría ayudar a explicar los campos magnéticos de otros planetas que no parecen tener dinamos activos.
Pero hay mucho más que aprender antes de que podamos comenzar a poner a prueba ese tipo de teorías, dice Byrne: “Es un descubrimiento realmente interesante. [Pero] lo que viene de eso, ahora esa es la parte interesante ".
