Los científicos han utilizado una nueva técnica para sintetizar diamantes a presión atmosférica normal y sin una gema inicial, lo que podría hacer que las piedras preciosas sean mucho más fáciles de cultivar en el laboratorio.
Los diamantes naturales se forman en el manto de la Tierra, la zona fundida enterrada a cientos de kilómetros bajo la superficie del planeta. El proceso tiene lugar bajo tremendas presiones de varios gigapascales y temperaturas abrasadoras que superan los 2.700 grados Fahrenheit (1.500 grados Celsius).
Se emplean condiciones similares en el método utilizado actualmente para sintetizar el 99% de todos los diamantes creados artificialmente. Este método, llamado crecimiento de alta presión y alta temperatura (HPHT), utiliza estas configuraciones extremas para persuadir carbón disuelto en metales líquidos, como el hierro, para convertirlo en diamante alrededor de una pequeña semilla o diamante inicial.
Sin embargo, las altas presiones y temperaturas son difíciles de producir y mantener. Además, los componentes involucrados afectan el tamaño de los diamantes, siendo el más grande aproximadamente un centímetro cúbico, o aproximadamente tan grande como un arándano. Además, HPHT tarda bastante tiempo (una semana o dos) en producir incluso estas pequeñas gemas. Otro método, llamado deposición química de vapor, elimina algunos requisitos de HPHT, como las altas presiones. Pero otros persisten, como la necesidad de semillas.
La nueva técnica elimina algunos inconvenientes de ambos procesos de síntesis. Un equipo liderado por Rodney Ruoffquímico físico del Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur, publicó sus hallazgos el 24 de abril en la revista Naturaleza.
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El crisol de diamantes
El nuevo método tardó mucho en desarrollarse. «Durante más de una década he estado pensando en nuevas formas de cultivar diamantes, ya que pensé que podría ser posible lograrlo de maneras inesperadas (según el pensamiento ‘convencional’)», dijo Ruoff a WordsSideKick.com por correo electrónico.
Para empezar, los investigadores utilizaron galio calentado eléctricamente con un poco de silicio en un crisol de grafito. El galio puede parecer un elemento esotérico, pero fue seleccionado porque un estudio previo, no relacionado, demostró que podía catalizar la formación de grafeno del metano. El grafeno, como el diamante, es carbono puro, pero contiene los átomos en una capa en lugar de en la orientación tetraédrica de la piedra preciosa.
Los investigadores alojaron el crisol en una cámara casera mantenida a la presión atmosférica del nivel del mar, a través de la cual se podía expulsar gas metano supercaliente y rico en carbono. Diseñada por el coautor Won Kyung Seong, también del Instituto de Ciencias Básicas, esta cámara de 2,4 galones (9 litros) podría estar lista para la experimentación en sólo 15 minutos, lo que permitiría al equipo realizar experimentos rápidamente con diferentes concentraciones de metales y gases. .
A través de estos ajustes, los investigadores descubrieron que una mezcla de galio, níquel y hierro, junto con una pizca de silicio, era óptima para catalizar el crecimiento de los diamantes. De hecho, con esta mezcla, el equipo obtuvo diamantes de la base del crisol después de sólo 15 minutos. Al cabo de dos horas y media se formó una película de diamante más completa. Los análisis espectroscópicos mostraron que esta película era en gran parte pura pero contenía algunos átomos de silicio.
Los detalles del mecanismo que formó los diamantes aún son en gran medida confusos, pero los investigadores creen que una caída de temperatura impulsa el carbono del metano hacia el centro del crisol, donde se fusiona para formar el diamante. Además, sin silicio no se forman diamantes, por lo que los investigadores creen que puede actuar como una semilla para que el carbono cristalice.
Sin embargo, el nuevo método tiene sus propios desafíos. Un problema es que los diamantes cultivados con esta técnica son pequeños; los más grandes son cientos de miles de veces más pequeños que los cultivados con HPHT. Eso los hace demasiado pequeños para usarlos como joyas.
Otros usos potenciales (por ejemplo, en aplicaciones más tecnológicas como pulido y perforación) de los diamantes sintetizados con la nueva técnica no están claros. Sin embargo, debido a que el proceso implica baja presión, dijo Ruoff, podría aumentar significativamente la síntesis de diamantes.
«En aproximadamente uno o dos años, el mundo podría tener una imagen más clara de aspectos como el posible impacto comercial», añadió.
