Τα διαμάντια είναι γνωστά για την ανθεκτικότητα και τη σκληρότητά τους, όμως όταν γίνουν εξαιρετικά μικρά, μπορούν να εμφανίσουν μια απρόσμενη ελαστικότητα. Ένα πείραμα με μερικά από τα μικρότερα διαμάντια που έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα αποκάλυψε γιατί συμβαίνει αυτό.
«Τα μακροσκοπικά διαμάντια είναι ευρέως γνωστά για την εξαιρετική τους ακαμψία και σκληρότητα. Σε νανοκλίμακα, τα πράγματα μπορεί να είναι διαφορετικά», λέει ο Chongxin Shan από το Πανεπιστήμιο Zhengzhou στην Κίνα. Ο ίδιος και οι συνεργάτες του μελέτησαν πώς διαμάντια μεγέθους μόλις 4 νανομέτρων – εκατοντάδες φορές μικρότερα από ορισμένους ιούς – αντιδρούν στην πίεση.
Οι ερευνητές τοποθέτησαν κάθε μικροσκοπικό διαμάντι ανάμεσα σε δύο κυλίνδρους με άκρα από διαμάντι, οι οποίοι μπορούσαν να το συμπιέσουν. Οι κύλινδροι ήταν συνδεδεμένοι με έναν αισθητήρα δύναμης που μετρούσε την αντίσταση του διαμαντιού, καθώς και με ένα ειδικό μικροσκόπιο που κατέγραφε την παραμόρφωσή του κατά τη συμπίεση.
Ο Shan εξηγεί ότι οι αξιόπιστες μετρήσεις σε νανοκλίμακα είναι δύσκολες, επειδή τα φαινόμενα είναι εξαιρετικά μικρά και οποιαδήποτε διαταραχή από το περιβάλλον μπορεί να επηρεάσει τα δεδομένα. Για να το αντιμετωπίσουν, οι ερευνητές επανέλαβαν το πείραμα σε περίπου 100 διαφορετικά διαμάντια και πήραν μέτρα, όπως τη διεξαγωγή των μετρήσεων σε υψηλό κενό ώστε να μην παρεμβάλλονται σωματίδια αέρα. Διαπίστωσαν ότι καθώς η διάμετρος των διαμαντιών μειωνόταν από 12 σε 4 νανόμετρα, η ακαμψία τους μειωνόταν κατά περίπου 30%, δηλαδή γίνονταν πιο ελαστικά.
Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τα πειραματικά δεδομένα και υπολογιστικές προσομοιώσεις, προσπάθησαν να εξηγήσουν το φαινόμενο. Ο Shan αναφέρει ότι λόγω του πολύ μικρού μεγέθους, η αναλογία των ατόμων στην επιφάνεια σε σχέση με εκείνα στον πυρήνα είναι μεγάλη, ενώ οι χημικοί δεσμοί μεταξύ αυτών των περιοχών είναι πιο αδύναμοι. Αυτό καθιστά τα νανοδιαμάντια πιο ελαστικά σε σύγκριση με τα μεγαλύτερα διαμάντια, όπου η μικρότερη επιφανειακή αναλογία και οι ισχυρότεροι δεσμοί του πυρήνα καθορίζουν τη συμπεριφορά τους.
Ο Yang Lu από το City University του Χονγκ Κονγκ σημειώνει ότι το νέο πείραμα αποκάλυψε απρόσμενες αλλαγές στις ιδιότητες των διαμαντιών, ακόμη και σε σύγκριση με προηγούμενες μελέτες. Η ομάδα του ήταν από τις πρώτες που έδειξαν ότι τα διαμάντια σε νανοκλίμακα μπορούν να είναι λιγότερο σκληρά και εύθραυστα, αλλά η νέα έρευνα μείωσε το μέγεθος κατά δέκα φορές ακόμη περισσότερο.
Αυτό έχει σημασία, καθώς τα πολύ μικρά διαμάντια γίνονται όλο και πιο δημοφιλή υλικά για την κατασκευή νέων ηλεκτρονικών και κβαντικών συσκευών. «Και τα τεχνητά διαμάντια γίνονται πλέον εξαιρετικά φθηνά, οπότε είναι η κατάλληλη στιγμή για να χρησιμοποιηθούν όλο και περισσότερο», λέει.
Με πληροφορίες από το New Scientist
