Usando um diamante nanocristalino construído por deposição de vapor de plasma, Yogesh Vohra, Ph.D., já produziu uma pressão quase duas vezes maior do que a encontrada no centro da Terra.

Agora ele relata, em um estudo publicado em Relatórios Científicos , que o processo de fabricação deste romance, micro bigornas de diamante nanocristalino provou ser "notavelmente consistente" e demonstra "um alto nível de reprodutibilidade na fabricação."

Esses resultados são encorajadores para pesquisas contínuas para estudar materiais sob condições extremas de pressão e temperatura, diz Vohra, professor e estudante universitário de física no UAB College of Arts and Sciences da University of Alabama em Birmingham.

O diamante nanocristalino se parece com um minúsculo caroço de material crescido no topo da superfície plana do culet de um diamante de gema de um terço do quilate. Para construir o nubbin, o diamante gema é revestido com uma película fina de tungstênio que tem um círculo de 15 a 20 micrômetros gravado no centro. O diamante nanocristalino começa a crescer como pequenos grãos de diamante naquele círculo no topo da superfície do diamante gema. Os grãos se formam por meio de deposição de vapor de plasma feito por aquecimento de metano, gases hidrogênio e nitrogênio.

O plasma é um calor, substância gasosa ionizada que é o quarto estado da matéria depois dos líquidos, sólidos e gases. Os grãos de diamante nanocristalino têm tipicamente entre 5 e 100 nanômetros de tamanho.

Vohra e colegas da UAB analisaram morfologias de nucleação de estágio inicial dos nanocristais em um, três e 15 minutos após o início da síntese. Eles descobriram que a nucleação de diamantes nanocristalinos começa rapidamente, e sem necessidade de semeadura de superfície de pré-crescimento com pequenas partículas de diamante. Em contraste, tal semeadura é necessária para o crescimento do diamante em algumas outras superfícies.

Depois de apenas um minuto de crescimento, imagens de microscópio eletrônico mostraram locais de nucleação substanciais na superfície da bigorna de diamante de gema de cristal único. Aos três minutos, apenas pequenas áreas da superfície da gema não tinham cobertura de diamante nanocristalino, e por 15 minutos, havia cobertura completa e uniforme por grãos nanocristalinos que começam a se agrupar em toda a região de crescimento.

O crescimento desacelerou entre três e seis horas, e o diamante nanocristalino tendeu a coalescer em uma estrutura hemiesférica. Vohra diz que esta geometria tem sido observada de forma consistente ao longo de cada experimento de crescimento de dois estágios que os pesquisadores da UAB realizaram. Além disso, parece haver um limite geométrico para as dimensões totais de crescimento.

O nubbin nanocristalino aumenta muito as pressões atingíveis com micro bigornas de diamante. Diamantes de gema de cristal único com um tamanho de culet de 300 mícrons, sem o nó nanocristalino, pode gerar apenas 75 gigapascals de pressão. Quando o diamante nanocristalino é adicionado, as micro bigornas podem gerar até 500 gigapascais de pressão. Os pesquisadores da UAB esperam atingir uma pressão de 1, 000 gigapascals, ou um terapascal, de pressão com suas micro bigornas de diamante nanocristalino. Isso está perto da pressão no centro do planeta Saturno.

Essa pressão imensa pode criar potencialmente novos materiais ainda desconhecidos e também é utilizada para estudar mudanças de fase e comportamento de compressão de materiais. No mundo natural, essas forças imensas no subsolo podem transformar o carbono em diamantes, ou cinzas vulcânicas em ardósia.

A equipe da UAB também examinou micro bigornas de diamante nanocristalino que mostraram descolamento durante a compressão e descompressão em um dispositivo de célula de diamante-bigorna. Usando microscopia de força eletrônica, microscopia eletrônica de varredura e espectroscopia Raman, os pesquisadores descobriram que a falha de destacamento ocorreu na maior parte da bigorna de diamante de gema de cristal único abaixo da superfície do culet, não na interface entre o diamante gema e o nubbin de diamante nanocristalino.

Isso indicou que a resistência adesiva interfacial entre a gema de diamante e o nubbin de diamante nanocristalino parece ser substancial, e que a interface pode sobreviver a tensões de cisalhamento ultra-altas.

Vohra diz que os pesquisadores da UAB continuarão os estudos para manipular o tamanho do grão e a força adesiva na interface para otimizar micro bigornas de diamante nanocristalino para pesquisas de alta pressão.