科技日?qǐng)?bào)訊 一個(gè)由韓國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)研究所(IBS)領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)使用由鎵、鐵、鎳和硅組成的液態(tài)金屬合金做金屬助熔劑，在1個(gè)大氣壓和1025℃的條件下生成了人造金剛石。這一成果有助于深化基礎(chǔ)科學(xué)研究并以新方式擴(kuò)大金剛石生長(zhǎng)規(guī)模。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在最新一期《自然》上。

目前，人造金剛石大部分是用高壓高溫方法生產(chǎn)的。通常是將石墨和金屬助熔劑放在壓力機(jī)中，在極高壓(5Gpa—6Gpa)下加熱到高溫(1300℃—1600℃)后生成，而在更加溫和條件下合成金剛石仍然很難。

現(xiàn)在，IBS的羅德尼·魯夫教授團(tuán)隊(duì)利用新的液態(tài)金屬助熔劑降低金剛石的形成勢(shì)壘，從而實(shí)現(xiàn)金剛石在常壓條件下生長(zhǎng)。研究人員進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)，最終成功使用自制冷壁真空系統(tǒng)合成了金剛石。

研究小組發(fā)現(xiàn)，金剛石生長(zhǎng)在一種液態(tài)金屬合金的亞表面上，該合金由鎵、鎳、鐵、硅的混合物組成，在約1025℃、1個(gè)大氣壓下暴露在甲烷－氫氣中。

同步加速器二維X射線衍射測(cè)量證實(shí)合成的金剛石具有非常高純度，其結(jié)構(gòu)中存在硅空位色心。研究人員認(rèn)為，這種具有硅空位色心的人造金剛石可能在磁感應(yīng)和量子計(jì)算中具有應(yīng)用價(jià)值。

團(tuán)隊(duì)深入研究了金剛石在這些新條件下成核和生長(zhǎng)的可能機(jī)制。樣品橫截面高分辨率電子顯微鏡成像顯示，與金剛石直接接觸的凝固液態(tài)金屬中有約30—40納米厚的亞表面非晶區(qū)域。該非晶區(qū)域頂部表面大約有27%的原子是碳原子，碳濃度隨著深度的增加而降低。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，液態(tài)金屬中心區(qū)域溫度較低。這種溫度梯度促使碳向中心區(qū)域擴(kuò)散，促進(jìn)了金剛石生長(zhǎng)。硅在金剛石增長(zhǎng)中扮演著關(guān)鍵角色，可能參與了金剛石的初始成核。此外，通過(guò)用鈷代替鎳或用鎵—銦混合物代替鎵，可以生長(zhǎng)出高質(zhì)量的金剛石。

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