Tidigare i år, amorf diamant syntetiserades för första gången med hjälp av en teknik som involverar höga tryck, måttligt höga temperaturer och en liten mängd glasartat kol som utgångsmaterial. Ett far-son-team vid Clemson University har nu framgångsrikt beräknat ett antal grundläggande fysikaliska egenskaper för detta nya ämne, inklusive elastiska konstanter och relaterade mängder. Resultaten rapporteras denna vecka i Tillämpad fysikbokstäver .
Diamant är en form av rent kol där atomerna är arrangerade i ett kristallgitter, med varje kolatom omgiven av fyra andra kol i hörnen av en tetraeder. Kol-kolbindningarna i diamant är kända som sp3-bindningar. Det ordnade arrangemanget av tetraedriska strukturer som upprepas över långa avstånd i en diamantkristall ger ett hårt material med hög temperaturstabilitet. Diamant är således både en värdefull ädelsten och ett material med en mängd olika tekniska användningsområden.
Amorft kol, å andra sidan, har varierande fraktioner av sp3-bunden kol i en störd, eller amorft, matris. Den amorfa strukturen ger mycket önskvärda mekaniska egenskaper. Mängden sp3 -bindning i amorft kol är inte lika hög som i ren diamant. En bråkdel av kol-kolbindningarna är av sp2-typ, finns i andra kolformer som grafit.
Sp3-bundna amorfa kisel och germanium har varit kända i många år och används ofta i solceller, tunnfilmsensorer och transistorer, och andra högteknologiska applikationer. Det är av stort intresse, sedan, att hitta sätt att göra amorf diamant som behåller en hög andel av sp3 -bindningar. Medan arbetet som rapporterades tidigare i år gjorde just det, prover är ännu inte allmänt tillgängliga för testning. Preliminära tester visade att dessa amorfa diamanter är ganska täta, optiskt transparent och stark.
Fader-son-teamet till Arthur och John Ballato har klivit in i denna kunskapslucka för att beräkna några ännu inte uppmätta fysiska egenskaper för denna nya form av diamant. "Vi använde en modelleringsmetod med vilken man kan använda egenskaperna hos kristallin diamant för att härleda egenskaperna hos den glasartade diamantanalogen, "sa Ballato." I detta arbete, vi drog ut de elastiska egenskaperna hos denna nya fas av diamant från uppmätta egenskaper hos kristallin diamant. "
Förfarandet de använde involverar en datormodell av en kristall som är beräknat homogeniserad för att skapa en amorf version av ämnet. Kristallmodellen använder enkel, klassisk fysik och beskriver kol-kolbindningarna som fjädrar. Den homogeniseringsmetod som används är känd som Voigt-Reuss-Hill (VRH) -tekniken.
Med denna metod, Ballatos beräknade ett antal viktiga bulkegenskaper, inklusive Youngs modul, Poissons förhållande och andra elastiska konstanter för ämnet. De använde VRH -homogeniseringsmetoden i tidigare arbete för att studera glasartad safir och material av intresse för användning i högeffektslasrar. VRH -metoden är enklare och enklare än sofistikerade kvantmekaniska metoder som också finns tillgängliga, men de egenskaper som beräknas i detta arbete kan fungera som en grundlinje, både för mer sofistikerade, men dyr modell, såväl som för framtida experimentella mätningar.
