(Phys.org) —Perfekta diamantskivor några atomer tjocka verkar vara möjliga även utan den stora klämningen som gör naturliga pärlor.

Forskare har spekulerat om det och några laboratorier har till och med sett tecken på vad de kallar diaman, en extremt tunn film av diamant som har alla diamants överlägsna halvledande och termiska egenskaper.

Nu har forskare vid Rice University och i Ryssland beräknat ett "fasdiagram" för skapandet av diaman. Diagrammet är en vägkarta. Den anger förutsättningarna – temperatur, tryck och andra faktorer – som skulle vara nödvändigt för att förvandla staplade ark av grafen till ett felfritt diamantgitter.

I processen, forskarna bestämde att diaman kunde tillverkas helt kemiskt, utan tryck alls, under vissa omständigheter.

Teamet ledd av Rice teoretiske fysiker Boris Yakobson och Pavel Sorokin, en tidigare postdoktor vid Rice och nu seniorforskare vid Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials i Moskva, rapporterade resultat i tidskriften American Chemical Society Nanobokstäver .

"Diamanes har ett brett potentiellt användningsområde, " Sa Sorokin. "De kan appliceras som mycket tunna, dielektriska hårda filmer i nanokondensatorer eller mekaniskt styva, nanotjocka element i nanoelektronik. Också, diamaner har potential för användning inom nano-optik.

"Möjligheten att få ett sådant kvasi-tvådimensionellt objekt är spännande, men tillgängliga experimentella data förhindrar förväntan om dess tillverkning med traditionella metoder. Dock, "bottom-up"-metoden som föreslagits av Richard Feynman tillåter tillverkning av diamaner från mindre föremål, såsom grafen. "

Forskarna byggde datormodeller för att simulera krafterna som appliceras av varje atom som är involverad i processen. Det inkluderar grafen, den enatomtjocka formen av kol och ett av de starkaste ämnena i universum, liksom vätet (eller, växelvis, en halogen) som främjar reaktionen.

Betingelser, dem lärde, måste vara precis rätt för att en kort bunt med grafenpannkakor ska kollapsa till en diamantmatris - eller vice versa - via kemi.

"Ett fasdiagram visar vilken fas som dominerar marktillståndet för varje tryck och temperatur, " sa Yakobson. "I fallet med diamane, diagrammet är ovanligt eftersom resultatet också beror på tjocklek, antalet lager av grafen. Så vi har en ny parameter."

Väte är inte den enda möjliga katalysatorn, han sa, men det är den de använde i sina beräkningar. "När vätet attackerar, det tar en elektron från en kolatom i grafen. Som ett resultat, en bindning bryts och ytterligare en elektron hänger kvar på andra sidan av grafenskiktet. Det är nu gratis att ansluta till en kolatom på det intilliggande arket med lite eller inget tryck.

"Om du har flera lager, du får en dominoeffekt, där väte startar en reaktion ovanpå och det sprider sig genom det bundna kolsystemet, "sa han." När det går hela vägen, fasövergången är klar och kristallstrukturen är diamantens."

Yakobson sa att tidningen inte täcker en möjlig deal-breaker. "Omvandlingen från en fas till en annan börjar från ett litet frö, en kärnbildningsplats, och i denna process finns det alltid vad som kallas en kärnbildningsbarriär. Vi räknar inte ut det här. "Han sa att kol normalt föredrar att vara grafit (bulkformen av kol som används som blyertspenna) snarare än diamant, men en hög kärnbildningsbarriär hindrar diamant från att göra övergången.

"Termodynamiskt, en befintlig diamant ska bli grafit, men det händer inte av just denna anledning, " sa Yakobson. "Så ibland är det bra. Men om vi vill göra platt diamant, vi måste hitta sätt att kringgå denna barriär."

Han sa att tillverkningen av syntetisk diamant, som först gjordes tillförlitligt på 1950-talet, kräver mycket höga tryck på cirka 725, 000 pund per kvadrattum. Tillverkade diamanter används i härdade verktyg för skärning, som slipmedel och till och med som högkvalitativa ädelstenar odlade via tekniker som simulerar temperaturer och tryck som finns djupt inne på jorden, där naturlig diamant smids.

Diamantfilmer görs också rutinmässigt via kemisk ångavsättning, "men de har alltid mycket dålig kvalitet eftersom de är polykristallina, "Sa Yakobson." För mekaniska ändamål, som mycket dyrt sandpapper, de är perfekta. Men för elektronik, du skulle behöva hög kvalitet för att den ska fungera som en bredbandig gap-halvledare."