Le mariage de deux couches de graphène est une voie facile vers la formation heureuse de diamant à l'échelle nanométrique, mais parfois plus épais est mieux.

Bien qu'il ne faille qu'un peu de chaleur pour transformer une bicouche traitée du matériau ultrafin en un réseau cubique de diamane, un peu de pression au bon endroit peut également convertir le graphène à quelques couches.

Le processus autrement conduit chimiquement est théoriquement possible selon les scientifiques de l'Université Rice, qui ont publié leurs réflexions les plus récentes sur la fabrication de diamants de haute qualité - la forme 2-D du diamant - dans le journal Petit .

Les recherches menées par le théoricien des matériaux Boris Yakobson et ses collègues de la Brown School of Engineering de Rice suggèrent un point de pression sur le graphène à quelques couches, la forme atomique du carbone connue pour sa force étonnante, peut nucléer une réaction chimique de surface avec de l'hydrogène ou du fluor.

De là, le réseau en forme de diamant doit se propager dans tout le matériau sous forme d'atomes d'hydrogène ou de fluor se poser en haut et en bas et se lier de manière covalente aux surfaces, provoquant des connexions carbone-carbone entre les couches.

La pression appliquée à ce point - aussi petite que quelques nanomètres - est totalement inutile pour une bicouche mais est nécessaire et doit être progressivement plus forte pour les films plus épais, dit Yakobson. La fabrication de diamant synthétique à partir de graphite en vrac à l'échelle industrielle nécessite environ 10 à 15 gigapascals, ou 725, 000 livres par pouce carré, de pression.

"Seulement à l'échelle nanométrique - dans ce cas, au nanomètre d'épaisseur, est-il possible que la chimie de surface seule modifie la thermodynamique du cristal, décalage du point de changement de phase de très haute pression à pratiquement aucune pression, " il a dit.

Un film de diamant monocristallin pour l'électronique est hautement souhaitable. Le matériau pourrait être utilisé comme isolant durci ou comme transducteur de chaleur pour refroidir la nanoélectronique. Il pourrait être dopé pour servir de semi-conducteur à large bande interdite dans les transistors, ou comme élément dans des applications optiques.

Yakobson et ses collègues ont développé un diagramme de phase en 2014 pour montrer comment le diamane pourrait être thermodynamiquement réalisable. Il n'y a toujours pas de moyen facile de le faire, mais le nouveau travail ajoute un élément essentiel qui manquait aux recherches antérieures :un moyen de surmonter la barrière énergétique à la nucléation qui maintient la réaction sous contrôle.

"Jusqu'à présent, seul le graphène bicouche a été converti de manière reproductible en diamane, mais par pure chimie, " Yakobson a déclaré. "Le combiner avec une pincée de pression locale et la mécanochimie qu'il déclenche semble être une voie prometteuse à essayer."

"Dans les films plus épais, la barrière s'élève rapidement avec le nombre de couches, " a ajouté le co-auteur et ancien associé postdoctoral de Rice Pavel Sorokin. " La pression externe peut réduire cette barrière, mais la chimie et la pression doivent jouer ensemble pour créer un diamant en 2D."