(Phys.org) – Det som började som forskning om en metod för att stärka metaller har lett till upptäckten av en ny teknik som använder en pulserande laser för att skapa syntetiska nanodiamantfilmer och mönster från grafit, med potentiella tillämpningar från biosensorer till datorchips.

"Den största fördelen är att du selektivt kan deponera nanodiamant på styva ytor utan de höga temperaturer och tryck som normalt behövs för att producera syntetisk diamant, sa Gary Cheng, en docent i industriteknik vid Purdue University. "Vi gör detta i rumstemperatur och utan en hög temperatur- och tryckkammare, så denna process kan avsevärt sänka kostnaden för att tillverka diamant. Dessutom, vi inser en direktskrivteknik som selektivt kan skriva nanodiamant i designade mönster."

Förmågan att selektivt "skriva" linjer av diamant på ytor kan vara praktiskt för olika potentiella tillämpningar inklusive biosensorer, kvantberäkning, bränsleceller och nästa generations datorchips.

Tekniken fungerar genom att använda en flerskiktsfilm som innehåller ett lager av grafit toppat med ett täckark av glas. Genom att exponera denna skiktade struktur för en ultrasnabbpulserande laser omvandlas grafiten omedelbart till en joniserad plasma och skapar ett nedåtriktat tryck. Sedan stelnar grafitplasman snabbt till diamant. Glasskivan begränsar plasman för att hindra den från att fly, så att den kan bilda en nanodiamantbeläggning.

"Detta är supersmå diamanter och beläggningen är superstark, så att den kan användas för högtemperatursensorer, " sa Cheng.

Forskningsresultat beskrivs i en artikel som publicerades online i tidskriften Nature Vetenskapliga rapporter . Tidningen skrevs av tidigare Purdue doktorander Yuefeng Wang, Yingling Yang, Ji Li och Martin Y. Zhang; postdoktoral forskarassistent Jiayi Shao; doktoranderna Qiong Nian och Liang Tang; och Cheng.

Forskarna gjorde upptäckten samtidigt som de studerade hur man stärker metaller med hjälp av ett tunt lager grafit och en nanosekundpulserande laser. En doktorand märkte att lasern antingen gjorde att grafiten försvann eller blev halvtransparent.

"Den svarta beläggningen av grafit var borta, men vart tog det vägen?" sa Cheng.

Efterföljande forskning visade att grafiten hade förvandlats till diamant. Purdue-forskarna har döpt processen till begränsad pulslaseravsättning (CPLD).

Forskargruppen bekräftade att strukturerna är diamanter med hjälp av en mängd olika tekniker inklusive transmissionselektronmikroskopi, Röntgendiffraktion och mätning av elektriskt motstånd.

En amerikansk patentansökan har lämnats in på konceptet genom Purdue Office of Technology Commercialization. Mer forskning behövs för att kommersialisera tekniken, sa Cheng.