Trước đây chúng ta biết carbon rắn có 2 pha là kim cương và than chì, bây giờ các nhà khoa học đã phát hiện ra thêm một pha mới của nó, đặt tên là Q-Carbon, đồng thời họ phát triển hẳn một kỹ thuật sử dụng Q-carbon để tạo ra kim cương ngay trong điều kiện nhiệt độ và áp suất không khí bình thường.
Jay Narayan, giáo sư khoa Khoa học và kỹ thuật vật liệu tại Đại học North Carolina, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu lần này cho biết: "Giờ đây chúng tôi đã tạo ta được một pha thứ 3 của carbon rắn. Trong tự nhiên, cách duy nhất để tìm thấy dạng thù hình này có thể là trong lõi của các hành tinh."
Q-carbon có một số đặc tính hết sức đặc biệt. Điển hình như nó có từ tính, điều mà kim cương và than chì không có. Thêm vào đó, Q-carbon cứng hơn cả kim cương, lại có thể phát quang ngay cả khi cho tiếp xúc với mức năng lượng thấp. Narayan cho biết: "Chúng tôi thậm chí còn không nghĩ điều đó là thật. Độ bền và các đặc tính khác của Q-carbon, như có khả năng phóng thích electron, cho phép nó có thể được dùng để phát triển công nghệ màn hình mới."
Mặt khác, Q-carbon còn có thể được dùng để tạo ra nhiều vật thể kim cương đơn tinh thể. Để tìm hiểu điều này, chúng ta hãy nói sơ qua về quá trình tạo ra Q-carbon. Ban đầu, các nhà nghiên cứu sử dụng một chất nền, như sapphire, thủy tinh hoặc một nhựa polymer. Chất nền này sau đó được phủ lên một lớp carbon vô định hình (một trạng thái chuyển tiếp của carbon) nhằm xác định cấu trúc tinh thể. Sau đó, người ta dùng một tia laser bắn vào với thời gian xấp xỉ 200 nano giây.
Trong lúc này, nhiệt độ của carbon sẽ đạt mức 3727 độ C và sau đó lạnh lại cực nhanh. Điều đáng nói là toàn bộ quá trình diễn ra ở nhiệt độ phòng, điều kiện áp suất không khí bình thường. Kết quả cuối cùng là một tấm phim Q-carbon và các nhà nghiên cứu có thể tạo ra được một tấm phim dày từ 20 đến 50 nano mét. Bằng cách sử dụng nhiều loại chất nền khác nhau và thay đổi thời gian bắn xung laser, các nhà nghiên cứu còn có thể điều khiển thời gian nguội đi của carbon. Từ đó, họ có thể tạo ra cấu trúc của kim cương từ Q-carbon.
Mặc dù những đặc tính mới của Q-carbon là đầy hứa hẹn so với kim cương như ngay bây giờ, các nhà nghiên cứu cho rằng vẫn còn rất nhiều thứ cần phải tìm hiểu thêm với loại vật liệu mới này. Giáo sư Narayan cho biết: "Chúng ta đã tạo ra Q-carbon, biết được đặc tính của nó nhưng vẫn còn trong giai đoạn rất sơ khai trong quá trình ứng dụng nó. Chúng ta đã hiểu nhiều về kim cương và tương tự như vậy, cần phải tìm hiểu thêm về Q-carbon để khai thác triệt để loại vật liệu mới này."
Jay Narayan, giáo sư khoa Khoa học và kỹ thuật vật liệu tại Đại học North Carolina, người dẫn đầu nhóm nghiên cứu lần này cho biết: "Giờ đây chúng tôi đã tạo ta được một pha thứ 3 của carbon rắn. Trong tự nhiên, cách duy nhất để tìm thấy dạng thù hình này có thể là trong lõi của các hành tinh."
Q-carbon có một số đặc tính hết sức đặc biệt. Điển hình như nó có từ tính, điều mà kim cương và than chì không có. Thêm vào đó, Q-carbon cứng hơn cả kim cương, lại có thể phát quang ngay cả khi cho tiếp xúc với mức năng lượng thấp. Narayan cho biết: "Chúng tôi thậm chí còn không nghĩ điều đó là thật. Độ bền và các đặc tính khác của Q-carbon, như có khả năng phóng thích electron, cho phép nó có thể được dùng để phát triển công nghệ màn hình mới."
Mặt khác, Q-carbon còn có thể được dùng để tạo ra nhiều vật thể kim cương đơn tinh thể. Để tìm hiểu điều này, chúng ta hãy nói sơ qua về quá trình tạo ra Q-carbon. Ban đầu, các nhà nghiên cứu sử dụng một chất nền, như sapphire, thủy tinh hoặc một nhựa polymer. Chất nền này sau đó được phủ lên một lớp carbon vô định hình (một trạng thái chuyển tiếp của carbon) nhằm xác định cấu trúc tinh thể. Sau đó, người ta dùng một tia laser bắn vào với thời gian xấp xỉ 200 nano giây.
Trong lúc này, nhiệt độ của carbon sẽ đạt mức 3727 độ C và sau đó lạnh lại cực nhanh. Điều đáng nói là toàn bộ quá trình diễn ra ở nhiệt độ phòng, điều kiện áp suất không khí bình thường. Kết quả cuối cùng là một tấm phim Q-carbon và các nhà nghiên cứu có thể tạo ra được một tấm phim dày từ 20 đến 50 nano mét. Bằng cách sử dụng nhiều loại chất nền khác nhau và thay đổi thời gian bắn xung laser, các nhà nghiên cứu còn có thể điều khiển thời gian nguội đi của carbon. Từ đó, họ có thể tạo ra cấu trúc của kim cương từ Q-carbon.
Mặc dù những đặc tính mới của Q-carbon là đầy hứa hẹn so với kim cương như ngay bây giờ, các nhà nghiên cứu cho rằng vẫn còn rất nhiều thứ cần phải tìm hiểu thêm với loại vật liệu mới này. Giáo sư Narayan cho biết: "Chúng ta đã tạo ra Q-carbon, biết được đặc tính của nó nhưng vẫn còn trong giai đoạn rất sơ khai trong quá trình ứng dụng nó. Chúng ta đã hiểu nhiều về kim cương và tương tự như vậy, cần phải tìm hiểu thêm về Q-carbon để khai thác triệt để loại vật liệu mới này."
Tham khảo Phys
