Самый твердый материал в мире: алмазы могут быть на удивление мягкими при одном условии
Эксперимент с крошечными алмазами показал, что они могут быть менее твердыми, чем обычные алмазы. Это открытие расширяет понимание того, как их можно использовать в новых технологиях.
Алмазы являются самым твердым материалом в мире, но если их уменьшить до крошечных размеров, то они могут стать на удивление мягкими, как показал эксперимент китайских ученых. Исследователи выяснили, что одни из самых маленьких алмазов из когда-либо изученных становятся удивительно эластичными, пишет Фокус.
У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!
Ученые говорят, что алмазы известны своей чрезвычайной прочностью, если имеют большой размер. Но если это наноалмазы, то их свойства меняются. Китайские исследователи изучили, как алмазы размером всего 4 нанометра, в сотни раз меньше размера некоторых вирусов, реагируют на давление.
Авторы исследования зажимали каждый крошечный алмаз между двумя цилиндрами с алмазными наконечниками, способными сжимать наноалмаз. Цилиндры были соединены с датчиком силы, который измерял сопротивление алмаза, и специальным микроскопом, который получал изображение сжатого алмаза.
По словам ученых, проводить надежные измерения алмазов в наномасштабе чрезвычайно сложно, поскольку все измеряемые эффекты очень малы, и любое малейшее возмущение со стороны окружающей среды алмаза может добавить ненужные данные. Чтобы избежать этой проблемы, ученые повторили эксперимент примерно со 100 различными алмазами и приняли меры предосторожности, такие как проведение измерений в вакууме.
В итоге эксперимент показал, что по мере уменьшения размера алмазов с 12 до 4 нанометров их твердость снижалась примерно на 30%, то есть они становились более мягкими и эластичными. Ученые использовали полученные данные и компьютерное моделирование, чтобы выяснить причину такого поведения алмазов в наномасштабе.
Оказалось, что из-за крошечного размера алмазов соотношение между числом атомов на их поверхностном слое и числом атомов, составляющих их ядро, было большим, но химические связи между поверхностью и ядром были слабыми. Это делало наноалмазы более эластичными, чем более крупные алмазы, где соотношение атомов поверхности и ядра меньше, а более прочные химические связи внутри ядра определяют общие свойства алмаза, говорят ученые.
Новый эксперимент выявил неожиданные изменения в свойствах алмазов по сравнению с предыдущими исследованиями крошечных алмазов, проведенных китайскими учеными. Ранее было обнаружено, что наноалмазы могут быть менее твердыми и более хрупкими, чем крупные алмазы. Но авторы нового исследования впервые изучили настолько крошечные алмазы, которые были примерно в 10 раз меньше, чем во время прошлых экспериментов.
Новое исследование имеет важное значение, ведь крошечные алмазы становятся все более популярным материалом для создания новой электроники, а также квантовых устройств. Новое открытие расширяет понимание того, как можно использовать крошечные алмазы в новых технологиях.
Как уже писал Фокус, во время экспериментов на Большом адронном коллайдере ученые обнаружили аномалию. Что-то не так со стандартной моделью физики.
Также Фокус писал о том, что астрономы обнаружили аномалию на Марсе, которую пока не могут объяснить.
При написании материала использованы источники: Physical Review X, New Scientist.