Trung Quốc chế tạo kim cương chịu được nhiệt độ hơn 1.000°C, giải mã thành công bí ẩn đã kéo dài 70 năm

Một nhóm nghiên cứu tại Trung Quốc tuyên bố đã tái tạo thành công loại “kim cương thiên thạch” hiếm gặp trong phòng thí nghiệm, khép lại cuộc tranh luận kéo dài 6 thập kỷ về sự tồn tại của vật liệu này, đồng thời mở ra hướng phát triển mới cho lĩnh vực quốc phòng và điện tử.

Loại kim cương cấu trúc lục giác lần đầu được phát hiện năm 1967 trong thiên thạch Canyon Diablo rơi xuống Arizona (Mỹ) cách đây 49.000 năm. Giới khoa học tin rằng nó được hình thành từ than chì dưới áp suất và nhiệt độ cực cao khi thiên thạch va chạm Trái đất.

Dù tất cả kim cương đều gồm các nguyên tử carbon, cấu trúc của chúng không chỉ giới hạn ở dạng khối lập phương quen thuộc. Nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã cố gắng tái tạo biến thể cấu trúc lục giác với cách sắp xếp nguyên tử khác biệt này.

Theo bài báo công bố ngày 30/7 trên tạp chí “Nature”, các nhà khoa học Trung Quốc đã tạo ra tinh thể kim cương lục giác tinh khiết, kích thước 100 micromet - chứng minh rõ ràng sự tồn tại ở cấp độ vĩ mô của vật liệu.

Dự án là kết quả hợp tác giữa Trung tâm Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Áp suất cao cùng Viện Quang học – Cơ khí Chính xác Tây An thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.

Giáo sư Luo Duan, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết các nỗ lực trước đây ở nhiều quốc gia chỉ thu được kim cương lập phương hoặc mẫu pha trộn, thay vì cấu trúc lục giác tinh khiết. Những mẫu kim cương lục giác do nhóm khác tạo ra thường chỉ ở kích thước nano, nhỏ hơn hàng nghìn lần so với kết quả của nhóm ông và chưa đủ lớn để thử nghiệm tính năng cơ học.

Ông Luo nhận định phát minh này có thể tạo ra “hàng rào bằng sáng chế quốc tế”, đặt nền tảng cho chuyển giao công nghệ và thương mại hóa. Kim cương lục giác hứa hẹn độ cứng và khả năng dẫn nhiệt vượt trội, với tiềm năng ứng dụng trong dao cắt, vật liệu mài siêu cứng, thiết bị điện tử hiệu suất cao, công nghệ lượng tử và các hệ thống tản nhiệt tiên tiến.

Tác giả chính Yang Liuxiang cho biết, thành công của nhóm nghiên cứu đến từ 2 yếu tố: lựa chọn tinh thể than chì tự nhiên siêu tinh khiết không tạp chất và sử dụng công nghệ giám sát trực tiếp bằng tia X khi nén dần tinh thể, giúp tránh khuyết tật và tạo ra khối kim cương lục giác hoàn hảo.

Viện Quang học – Cơ khí Chính xác Tây An tuyên bố, thí nghiệm đã khẳng định kim cương lục giác là “một vật liệu độc lập thực sự”, giải quyết tranh cãi kéo dài gần 70 năm về cấu trúc và cơ chế hình thành.

Dữ liệu thử nghiệm cho thấy vật liệu này có độ cứng tương đương kim cương tự nhiên cao cấp (đạt 110 gigapascal), đồng thời có độ bền nén và khả năng chịu va đập vượt trội.

Khả năng dẫn nhiệt của nó gấp 5 lần đồng, vẫn ổn định ở 1.100°C - cao hơn nhiều so với vật liệu tản nhiệt bán dẫn thông thường. Cấu trúc bất đối xứng của kim cương lục giác còn có thể mang lại các tính chất áp điện và sắt điện, mở đường cho ứng dụng trong cảm biến lượng tử và thiết bị tần số cao.

Nhà khoa học Mao Ho-kwang nhận xét vật liệu này có thể mở ra thế hệ mới của vật liệu siêu cứng và thiết bị điện tử tiên tiến.

“Điều thú vị là đây mới chỉ là khởi đầu”, ông nói. “Kim cương lục giác được dự báo sở hữu hàng loạt đặc tính cơ học, điện, nhiệt và quang học cực kỳ ưu việt, vừa tương đồng vừa bổ sung cho kim cương lập phương”.

Theo SMCP