Đột phá: Lần đầu tiên các nhà khoa học tạo ra kim cương ở nhiệt độ phòng

Trong khi kim cương tự nhiên được hình thành qua hàng tỷ năm chôn sâu trong lòng đất, nơi nhiệt độ và áp suất khủng khiếp đã làm nên điều kiện cho việc kết tinh carbon, các nhà khoa học đang tìm cách tạo ra những viên đá quý giá này trong thời gian ngắn hơn nhiều.

Một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế đã thành công trong việc rút ngắn quá trình này xuống chỉ còn vài phút. Hơn thế nữa, quá trình tạo nên kim cương này còn có thể diễn ra ngay trong nhiệt độ phòng.

Trên thực tế, cho dù thế giới đã sản xuất được kim cương nhân tạo, nhưng quá trình này thường đòi hỏi áp suất rất cao đồng thời nhiệt độ lên tới hơn 1.000^oC. Ngoài ra còn một số kỹ thuật khác như biến các phân tử nhiên liệu hóa thạch thành kim cương tinh khiết, hoặc dùng các laser siêu nhanh để chuyển các sợi nano carbon thành kim cương.

Trong khi đó, bước đột phá của việc sản xuất kim cương nhân tạo này do các nhà khoa học tại Đại học Quốc gia Australia (ANU) và Đại học RMIT làm nên. Họ sử dụng một đe tế bào kim cương, vốn thường được sử dụng để tạo nên áp suất cực lớn cần thiết cho các vật liệu siêu cứng. Với chiếc đe này, nhóm nghiên cứu đã tạo ra áp suất tương đương 640 con voi châu Phi đặt lên mũi giày ba lê, tạo ra một phản ứng không ngờ tới giữa các nguyên tử carbon trong thiết bị.

"Điểm mấu chốt ở đây là cách chúng tôi sử dụng áp suất này." Giáo sư Jodie Bradly của ANU cho biết. "Bên cạnh áp suất cao, chúng tôi cũng để miếng carbon trải qua tình trạng được gọi là "bị móp méo" – giống như lực xoắn hoặc lực trượt. Chúng tôi nghĩ rằng điều này cho phép nguyên tử carbon bị trượt ra khỏi vị trí cũ của nó và hình thành nên kim cương Lonsdaleite và kim cương thông thường."

Đe tế bào kim cương trên tay nhà nghiên cứu

Các viên kim cường thông thường là những viên đá thường thấy trong các món đồ trang sức, còn kim cương Lonsdaleite này quý hiếm hơn rất nhiều và thường chỉ tìm thấy ở những nơi va chạm với thiên thạch. Sử dụng kính hiển vi điện tử cao cấp, nhóm nghiên cứu có thể kiểm tra chi tiết vật mẫu và nhận thấy rằng, loại vật liệu mới được hình thành trong các dải mà họ ví như "các dòng sông" kim cương.

"Các bức ảnh của chúng tôi cho thấy rằng, các kim cương thông thường chỉ được hình thành ở giữa những đường vân Lonsdaleite này theo phương pháp mới được nhóm nghiên cứu liên viện của chúng tôi phát triển." Giáo sư Dougal McCulloch của RMIT cho biết. "Lần đầu thấy những dòng sông Lonsdaleite và kim cương thông thường này thật phấn khích và thực sự giúp chúng tôi hiểu được cách chúng hình thành như thế nào."

"Dòng sông kim cương" dưới quan sát của kính hiển vi điện tử

Nhóm nghiên cứu hy vọng rằng kỹ thuật này sẽ cho phép họ sản xuất một số lượng đáng kể các kim cương nhân tạo, đặc biệt là loại kim cương siêu hiếm Lonsdaleite, với độ cứng được dự báo cao hơn đến 58% so với kim cương thông thường.

Thành công của các dự án nghiên cứu này, dù hấp dẫn các nhà sản xuất nữ trang, nhưng đó lại không phải là mục tiêu chính của chúng. Các viên kim cương nhân tạo với độ cứng siêu lớn có thể được sử dụng như công cụ cắt gọt trong công nghiệp, hoặc làm lớp phủ bảo vệ chống mài mòn cho các thiết bị công nghiệp khác.

Tham khảo News Atlas