Τα διαμάντια θεωρούνται παντοτινά, όμως όταν γίνονται εξαιρετικά μικρά, αποκτούν μια απρόσμενη «μαλακότητα». Ένα πείραμα με μερικά από τα μικρότερα διαμάντια που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα έδειξε γιατί, όταν είναι υπερβολικά μικρά, γίνονται απροσδόκητα ελαστικά.
«Τα μαζικά διαμάντια είναι ευρέως γνωστά για την εξαιρετική ακαμψία και σκληρότητά τους. Στην κλίμακα του νανομέτρου, τα πράγματα μπορεί να είναι διαφορετικά», λέει ο Chongxin Shan από το Πανεπιστήμιο Zhengzhou στην Κίνα. Ο ίδιος και οι συνεργάτες του μελέτησαν πώς ανταποκρίνονται στην πίεση διαμάντια μικρότερα από 4 νανόμετρα, δηλαδή εκατοντάδες φορές μικρότερα από ορισμένους ιούς.
Οι ερευνητές τοποθέτησαν κάθε μικροσκοπικό διαμάντι ανάμεσα σε δύο κυλίνδρους με άκρες από διαμάντι, ικανούς να το συμπιέσουν. Οι κύλινδροι συνδέονταν με έναν αισθητήρα δύναμης που κατέγραφε πόσο αντιστεκόταν το διαμάντι, καθώς και με ένα ειδικό μικροσκόπιο που απεικόνιζε το συμπιεσμένο δείγμα.
Η μέτρηση αξιόπιστων δεδομένων σε τέτοια κλίμακα είναι δύσκολη, λέει ο Shan, καθώς όλα τα μετρούμενα αποτελέσματα είναι πολύ μικρά και οποιαδήποτε ανεπαίσθητη διαταραχή από το περιβάλλον του διαμαντιού μπορεί να προσθέσει θόρυβο στα δεδομένα. Για να αποφύγουν αυτό το πρόβλημα, οι ερευνητές επανέλαβαν το πείραμα με περίπου 100 διαφορετικά διαμάντια και έλαβαν προφυλάξεις, όπως μετρήσεις σε υψηλό κενό, όπου κανένα σωματίδιο αέρα δεν θα μπορούσε να τα επηρεάσει. Διαπίστωσαν ότι καθώς η διάμετρος των διαμαντιών μειωνόταν από 12 σε 4 νανόμετρα, η ακαμψία τους μειωνόταν κατά περίπου 30%, γεγονός που σημαίνει ότι έγιναν πιο ελαστικά.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τις μετρήσεις και τις προσομοιώσεις τους στον υπολογιστή για να καταλάβουν γιατί συμβαίνει αυτό. Ο Shan λέει ότι, επειδή τα διαμάντια ήταν τόσο μικρά, η αναλογία ανάμεσα στον αριθμό των ατόμων στην επιφανειακή τους στοιβάδα και στον αριθμό των ατόμων που αποτελούσαν τον πυρήνα τους ήταν μεγάλη, όμως οι χημικοί δεσμοί ανάμεσα στις δύο περιοχές ήταν αδύναμοι. Αυτό έκανε τα νανοδιαμάντια πιο ελαστικά από τα μεγαλύτερα διαμάντια, όπου η αναλογία επιφάνειας προς πυρήνα είναι μικρότερη και οι ισχυρότεροι δεσμοί μέσα στον πυρήνα καθορίζουν τη συμπεριφορά του διαμαντιού, λέει.
Ο Yang Lu από το City University of Hong Kong λέει ότι το νέο πείραμα κατέγραψε απρόσμενες αλλαγές στις ιδιότητες των διαμαντιών, ακόμη και σε σχέση με προηγούμενες μελέτες για μικροσκοπικά διαμάντια. Η ομάδα του είχε ολοκληρώσει μερικές από τις πρώτες έρευνες που έδειχναν ότι τα διαμάντια σε νανοκλίμακα μπορεί να είναι λιγότερο σκληρά και λιγότερο εύθραυστα, αλλά η νέα εργασία κατέβασε το όριο του μεγέθους ακόμη περισσότερο, κατά δέκα φορές. Αυτό έχει σημασία, λέει ο Lu, επειδή τα μικροσκοπικά διαμάντια γίνονται όλο και πιο δημοφιλές υλικό για την κατασκευή νέων ηλεκτρονικών, αλλά και κβαντικών συσκευών. «Και τα τεχνητά διαμάντια είναι πλέον εξαιρετικά φθηνά, οπότε είναι μια καλή στιγμή για να βάζουμε τα διαμάντια σε όλο και περισσότερες [εφαρμογές]», λέει.
Physical Review X DOI: 10.1103/b3h5-34wt
