Uit Q-koolstof gevormde microdiamantjes.

Met een laser kun je bij atmosferische druk diamantjes maken uit koolstof. Via een niet eerder ontdekte fase die mogelijk nog harder is, claimen Jay Narayan en collega’s van North Carolina State University.

Het idee is dat je uitgaat van amorfe, dus niet uitgekristalliseerde koolstof. Die creëer je door grafiet te verdampen en de damp te laten neerslaan als dunne film op een substraat van glas of saffier zodat ze niet de kans krijgt om uit te kristalliseren.

Het smeltpunt van die amorfe koolstof ligt veel lager dan dat van grafiet, en een laserpuls van een aantal nanoseconden is voldoende om er heel even vloeibare koolstof van te maken. Die vloeistof kristalliseert vrijwel meteen uit omdat de temperatuur ver beneden die van kristallijne koolstof zit. En als dan in eerste instantie nanodiamantjes ontstaan, dienen die als kiem voor grotere microdiamantjes die je zou kunnen gebruiken voor industriële doeleinden.

Waarbij Narayan aantekent dat bij kamertemperatuur en atmosferische druk niet diamant, maar grafiet de stabiele fase is. Diamantkristallen zijn in wezen metastabiel. Maar voor zover bekend veranderen ze nooit vanzelf in grafiet wanneer ze eenmaal zijn ontstaan.

Enkele maanden geleden publiceerde Narayan dit verhaal in APL Materials. Inmiddels is hij alweer wat verder, zo blijkt uit een publicatie die een dezer dagen online wordt gezet door het Journal of Applied Physics.

Ten eerste is hij inmiddels in staat monokristallijne diamanten naaldjes of plakjes te maken in plaats van min of meer ronde diamantjes. Dat blijkt te liggen aan de duur van de laserpuls waarmee je de koolstof smelt, en aan het tempo waarin het substraat vervolgens de warmte weer afvoert uit de vloeistof.

Ten tweede heeft hij ontdekt dat de overgang van de zwaar onderkoelde vloeistoffase naar nanodiamant verloopt via een derde, niet eerder waargenomen vaste fase. Narayan noemt het ‘Q-carbon’. Het spul is nog harder dan diamant. Bovendien heeft het heel weinig energie nodig om licht te geven, en blijkt het ferromagnetisch te zijn. Dat laatste zou je van koolstof écht niet verwachten.

Q-carbon in handen krijgen zonder dat het meteen in diamant verandert, zodat je tenminste fatsoenlijk de kristalstructuur kunt bestuderen, is de volgende stap.

bron: North Carolina State University