Med hjälp av en nanokristallin diamant byggd av plasmagasavsättning, Yogesh Vohra, Ph.D., har redan producerat ett tryck som är nästan två gånger större än det som finns i mitten av jorden.

Nu rapporterar han, i en studie publicerad i Vetenskapliga rapporter , att tillverkningsprocessen för dessa nya, nanokristallina diamantmikrostäd har visat sig vara "anmärkningsvärt konsekvent" och visar "en hög reproducerbarhet vid tillverkning."

Dessa resultat är uppmuntrande för fortsatt forskning för att studera material under extrema förhållanden med tryck och temperatur, säger Vohra, professor och fysik vid UAB College of Arts and Sciences vid University of Alabama i Birmingham.

Den nanokristallina diamanten ser ut som en liten nubbin av material som odlas ovanpå den plana culetytan på en diamant på en tredjedel karat. För att konstruera nubbinen, ädelstenen är belagd med en volfram tunn film som har en cirkel på 15 till 20 mikrometer etsad ut i mitten. Den nanokristallina diamanten börjar växa som små diamantkorn i den cirkeln ovanpå diamantytan. Kornen bildas genom ångavsättning från plasma genom uppvärmning av metan, väte- och kvävegaser.

Plasma är hett, joniserad gasformig substans som är materiens fjärde tillstånd efter vätskor, fasta ämnen och gaser. Korn av nanokristallin diamant är vanligtvis mellan 5 och 100 nanometer stora.

Vohra och UAB-kollegor tittade på nanokristallernas morfologier i ett tidigt stadium, tre och 15 minuter efter syntesstart. De fann att kärnbildning av nanokristallina diamanter börjar snabbt, och utan behov av förväxt yta sådd med små fläckar av diamant. I kontrast, en sådan sådd krävs för diamanttillväxt på vissa andra ytor.

Efter bara en minuts tillväxt, elektronmikroskopbilder visade betydande kärnbildningsställen på ytan av det enkristalliga diamantstädet. Vid tre minuter, endast små områden på pärlytan saknade nanokristallin diamanttäckning, och med 15 minuter, det var fullständig och enhetlig täckning av nanokristallina korn som börjar klumpa ihop sig över hela tillväxtregionen.

Tillväxten dämpades mellan tre och sex timmar, och den nanokristallina diamanten tenderade att förenas till en hemisfärisk struktur. Vohra säger att denna geometri har observerats konsekvent under varje tvåstegs tillväxsexperiment som UAB-forskarna har utfört. Dessutom, det verkar finnas en geometrisk gräns för de totala tillväxtdimensionerna.

Den nanokristallina nubbinen ökar kraftigt trycket som kan uppnås med diamantmikrostäd. Enkristalliga pärldiamanter med en kulstorlek på 300 mikron, utan den nanokristallina nubbinen, kan generera endast 75 gigapascal tryck. När den nanokristallina diamanten tillsätts, mikro-städet kan generera så mycket som 500 gigapascal tryck. UAB -forskarna hoppas nå ett tryck på 1, 000 gigapascal, eller en terapascal, tryck med sina nanokristallina diamantmikrostäd. Det är nära trycket i mitten av planeten Saturnus.

Detta enorma tryck kan potentiellt skapa ännu okända nya material och används också för att studera fasförändringar och kompressionsbeteende hos material. I den naturliga världen, sådana enorma krafter djupt under jorden kan förvandla kol till diamanter, eller vulkanisk aska i skiffer.

UAB-teamet undersökte också nanokristallina diamantmikro-städ som visade lossning under komprimering och dekomprimering i en diamant-städcellsenhet. Med hjälp av elektronkraftmikroskopi, skanningelektronmikroskopi och Raman -spektroskopi, forskarna fann att lossningsfelet inträffade i huvuddelen av enkristallpärlan med diamantstäd under kulets yta, inte vid gränssnittet mellan ädelstenen och den nanokristallina diamantnubbinen.

Detta indikerade att gränsytans vidhäftningsstyrka mellan ädelstenen och den nanokristallina diamantnubbinen verkar vara betydande, och att gränssnittet kan överleva ultrahöga skjuvspänningar.

Vohra säger att UAB-forskare kommer att fortsätta studier för att manipulera kornstorlek och vidhäftningsstyrka vid gränssnittet för att optimera nanokristallina diamantmikrostöd för högtrycksforskning.