Att gifta sig med två lager grafen är en enkel väg till den lyckliga bildningen av nanoskalig diamant, men ibland är tjockare bättre.

Även om det kanske bara tar lite värme att förvandla ett behandlat dubbelskikt av det ultratunna materialet till ett kubiskt galler av diamane, lite tryck på precis rätt plats kan också konvertera fålagers grafen.

Den annars kemiskt drivna processen är teoretiskt möjlig enligt forskare vid Rice University, som publicerade sina senaste tankar om att göra högkvalitativ diamane - 2D-formen av diamant - i tidskriften Små .

Forskningen som leds av materialteoretikern Boris Yakobson och hans kollegor vid Rice's Brown School of Engineering tyder på ett visst tryck på fålagers grafen, den atomtunna formen av kol känd för sin häpnadsväckande styrka, kan kärna fram en ytkemisk reaktion med väte eller fluor.

Därifrån, det diamantliknande gittret ska fortplanta sig genom hela materialet som väte- eller fluoratomer tänds på toppen och botten och binder kovalent till ytorna, orsakar kol-kol-förbindelser mellan skikten.

Trycket som appliceras på den ena platsen - så litet som några nanometer - är helt onödigt för ett dubbelskikt men behövs och måste bli allt starkare för tjockare filmer, sa Yakobson. Att tillverka syntetisk diamant av bulkgrafit i industriell skala kräver cirka 10-15 gigapascal, eller 725, 000 pund per kvadrattum, av tryck.

"Bara på nanoskala - i det här fallet, vid nanometertjocklek — blir det möjligt för ytkemin ensam att förändra kristallens termodynamik, skifta fasändringspunkten från mycket högt tryck till praktiskt taget inget tryck, " han sa.

Enkristalldiamantfilm för elektronik är mycket önskvärt. Materialet kan användas som en härdad isolator eller som en värmegivare för kylning av nanoelektronik. Den skulle kunna vara dopad för att fungera som en halvledare med brett bandgap i transistorer, eller som ett element i optiska tillämpningar.

Yakobson och hans kollegor utvecklade ett fasdiagram 2014 för att visa hur diamane kan vara termodynamiskt genomförbart. Det finns fortfarande inget enkelt sätt att göra det, men det nya verket lägger till en kritisk komponent som den tidigare forskningen saknade:ett sätt att övervinna den energiska barriären för kärnbildning som håller reaktionen i schack.

"Hittills har bara tvåskiktsgrafen reproducerbart omvandlats till diamane, men genom ren kemi, "Sade Yakobson. "Att kombinera det med en nypa lokalt tryck och mekanokemin det utlöser verkar vara en lovande väg att pröva."

"I tjockare filmer, barriären stiger snabbt med antalet lager, " tillade medförfattare och tidigare Rice postdoktor Pavel Sorokin. "Externt tryck kan minska denna barriär, men kemi och tryck måste spela ihop för att leverera en 2D-diamant."