A tudósok, munkájuk során felfedezték a plasztikus deformáció új formáját és a szén egy új formáját is. A gyémánt a nanofotonika, a mikroelektronikai mechanikai rendszerek és a sugárvédelem új alkalmazásainak egyik legfontosabb anyaga.

"Ez sokféle alkalmazást jelenthet az orvosi képalkotásban, hőmérséklet-érzékelésben, kvantuminformáció feldolgozásban és kommunikációban.”

- mondta el a tanulmány vezető szerzője, Blake Regan a Sydney-i Műszaki Egyetemen (UTS) doktori hallgatója.

Annak érdekében, hogy a gyémánt teljes mértékben felhasználható legyen ezeken a területeken, a tudósoknak meg kell érteniük viselkedését nanoméretekben. A szén alapú nanoanyagok, mint például a gyémánt, különböző mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek természetes állapotukban, és másokkal mikro- vagy nanoméretekben. Ezért meg kell vizsgálni, hogy a gyémánt hogyan hajlik, deformálódik, hogyan változtatja állapotát és repedéseit ezen apró méreteknél - hívták fel rá a figyelmet a kutatók. "Eddig nem volt ilyen információnk az egykristályos gyémántról" - tette hozzá Regan.

A tanulmányban, melyet az Advanced Materials kiadványban tettek közzé, beszámolnak róla, hogyan lehet pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) manipulálni a gyémánt nanotűket és nano-oszlopokat, amelyek kissé hasonlítanak a fogkefe sörtéihez. A SEM elektronnyalábja elektromosan feltölti a 20 nanométer széles nano-pillért és annak környezetét, amely coulomb erőt (elektromos erőteret) hoz létre, amely azután deformálja a nanoméretű oszlopokat.

Ebben a kísérletben a "hasonló taszítja a hasonlót” hatás keletkezik, és nem az “ellentétek vonzzák egymást” hatás érvényesül. A gyémánt nano-oszlopok pozitív töltésű csúcsai elhajlították egymást, előállítva a deformitást. 

A Curtin Egyetem és a Sydney-i Egyetem tudósaiból álló csoport a gyémánt nanotűk kétféle deformációját figyelte meg. Először arra használták a technikát, hogy visszafordíthatóan hajlítsák meg a nano-oszlopokat 90 fokban, anélkül, hogy eltörnék őket, az úgynevezett rugalmas deformáció során. További vizsgálatok következtek, amikor a nanotűk meghatározott méretűek voltak és a gyémántkristályok meghatározott irányokban álltak, a kutatók olyan állandósuló gyémánt-torzulást hoztak létre, amelyet eddig még sosem láttak.

A rugalmas deformáció esetén (felül) a hajlított tárgy visszatér a normális állapotába. A plasztikus deformáció során (alul) a hajlított tárgy eltorzult marad és nem hajlik vissza. A plasztikus deformáció új fajtája, a szén egy új formája, a O8-szén megjelenésével magyarázható.

„A szén sok más hipotetikus fázistól eltérően, a O8-szén spontán módon jelenik meg feszültség alatt, a gyémántszerű kötések fokozatosan cipzárszerűen nyílnak szét, a gyémánt nagy régióit alakítva 08-szénné”

- mondta Igor Aharonovich professzor, a nanofotonika csoport vezetője az UTS-nél. 

Egy előző, 2018-ban elvégzett tanulmányban is sikerült már meghajlítani a gyémántot anélkül, hogy eltört volna, de akkor ezt úgy érték el, hogy egy tárgyat is elhelyeztek a kísérlet tárgyának "útjában", hogy kiváltsa a hajlítást. 

A mostani „példátlan mechanikus viselkedés” felfedezése sok területen segítheti a gyémánt nanotechnológiában való felhasználását.

"Megállapításaink támogatni fogják az új eszközök tervezését és a mérnöki munkát olyan alkalmazásokban, mint a szuperkondenzátorok vagy optikai szűrők vagy akár a levegőszűrés" - mondta Aharonovich.

(Forrás: IFLScience Képek: Pixabay, UTS)