تمكن المهندسون من إنتاج ألماسة مشابهة للماس الطبيعي، ولكن بصلابة مضاعفة وأكبر حجما

تمكن علماء صينيون من إنتاج ألماس بضعف قوة الماس الطبيعي. على عكس الماس السداسي بفضل بنيتها “الغريبة”، تتمتع المادة الجديدة ببنية أرضية بالكامل – وأبعاد مثيرة للإعجاب للغاية.

تم نشر نتائج التجارب في اتصالات الطبيعة. لقد كانت أول دليل على أنه من الممكن تحقيق مقياس البوصة والصلابة العالية للغاية في نفس الوقت. يصل قطر اللوحة الماسية إلى 5 بوصات، وسمكها 3 مم، وصلابة فيكرز أكثر من 200 جيجا باسكال.

يعتبر الماس بحق أشباه موصلات المستقبل بسبب موصليته الحرارية الاستثنائية، وجهد الانهيار العالي، ومقاومته للإشعاع، وقوته الميكانيكية، والتي تتجاوز بكثير تلك الموجودة في المواد التقليدية مثل السيليكون أو كربيد السيليكون. ومع ذلك، ظل إنتاج الماس فائق الصلابة بقياس بوصة واحدة وخالي من المواد الرابطة مستحيلًا لفترة طويلة بسبب القيود المفروضة على الطرق الكلاسيكية للضغط العالي ودرجات الحرارة العالية.

قام الفريق بتعديل إعداد الترسيب الكيميائي لبلازما الميكروويف واستخدم استراتيجية المنشطات النتروجينية النبضية عالية التردد. وقد سمح هذا ببيئة ذات ظروف متغيرة بسرعة مع نمو الماس. وبفضل التحكم الدقيق في تكوين البلازما ومعلمات التوليف، حصل العلماء على رقاقة ألماس منفصلة يبلغ قطرها 5 بوصات. يسبب الإمداد النبضي عالي التردد للنيتروجين تقلبات حادة في كل من تكوين جزيئات البلازما النشطة ودرجة حرارة النمو في وقت قصير جدًا. يؤدي ذلك إلى تحسين إعادة هيكلة السطح والتحكم في العيوب، ويعزز أيضًا تكوين البنية المجهرية المطلوبة.

أظهرت الاختبارات الميكانيكية أن صلابة فيكرز لمثل هذا الماس تصل إلى 208.3 جيجا باسكال – أي ضعف صلابة الماس العادي. بالإضافة إلى ذلك، توفر الحشوة فائقة الصلابة مقاومة استثنائية للتآكل وثباتًا. تبلغ مقاومة التآكل حوالي سبع مرات أكبر من ركائز الماس متعدد البلورات التقليدية وهي قادرة على إنتاج خدوش واضحة على أسطح الماس أحادية الكريستال عالية الجودة.

كشف المجهر الإلكتروني النافذ عالي الدقة عن طبيعة هذه الصلابة القياسية. يتم توفيره من خلال شبكة ثلاثية الأبعاد من فوالق التراص المتشابكة بكثافة تصل إلى 4.3⋅10¹² سم⁻²، مما يمنع حركة الاضطرابات بشكل فعال. يشير التحليل الطيفي المميز لفقد طاقة الإلكترون والحسابات الأولية إلى أن دمج النيتروجين يقلل بشكل ملحوظ من طاقة تكوين الصدوع المكدسة، مما يعزز تكوينها المستقر أثناء النمو.

إن الإنشاء الناجح لرقائق الماس فائقة الصلابة مقاس بوصة واحدة يفتح آفاقًا جديدة لاستخدام الماس في الإلكترونيات البيئية القاسية، والتصنيع المتقدم وأنظمة تبديد الحرارة لأشباه الموصلات.

“بالنظر إلى المستقبل، أستطيع أن أقول إن المفتاح لإنشاء جيل جديد من أشباه الموصلات والأجهزة الإلكترونية الضوئية المعتمدة على الماس سيكون القدرة على تعديل بنيتها الدقيقة وبنية النطاق بشكل يمكن التحكم فيه. ونظرًا لصلابتها العالية وثباتها الميكانيكي، يمكن أن تصبح الرقاقة المزروعة لدينا منصة مثالية للأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة للماس والهياكل النانوية، مما سيقرب التنفيذ الصناعي للأجهزة باستخدام تأثير الضغط الميكانيكي،” لخص البروفيسور لو يانغ من كلية الهندسة في الجامعة. هونغ كونغ، أحد قادة الدراسة.