Netop defekte nanodiamanter kunne producere næste generations værktøjer til billeddannelse og kommunikation

Stanford og SLAC National Accelerator Laboratory driver i fællesskab verdens førende program til isolering og undersøgelse af diamantoider - de mindst mulige pletter af diamanter. Findes naturligt i petroleumsvæsker, disse sammenkoblede kulstofbure vejer mindre end en milliardtedel af en milliarddel af en karat (en karat vejer omtrent det samme som 12 riskorn); de mindste indeholder kun 10 atomer.

I løbet af det seneste årti, et team ledet af to Stanford-SLAC fakultetsmedlemmer - Nick Melosh, en lektor i materialevidenskab og -teknik og fotonvidenskab, og Zhi-Xun Shen, en professor i fotonvidenskab og i fysik og anvendt fysik – har fundet potentielle roller for diamantoider i at forbedre elektronmikroskopbilleder, samling af materialer og print af kredsløb på computerchips. Teamets arbejde foregår i SIMES, Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, som drives i fællesskab med SLAC.

Før de kan gøre det, selvom, bare at få diamantoiderne er en teknisk bedrift. Det starter ved det nærliggende Chevron-raffinaderi i Richmond, Californien, med en jernbanetankvogn fuld af råolie fra Den Mexicanske Golf. "Vi analyserede mere end tusind olier fra hele verden for at se, hvilke der havde de højeste koncentrationer af diamantoider, siger Jeremy Dahl, som udviklede vigtige diamondoid-isoleringsteknikker sammen med Chevron-forsker Robert Carlson, før begge kom til Stanford - Dahl som en fysisk videnskabelig forskningsmedarbejder og Carlson som en gæsteforsker.

De oprindelige isolationstrin blev udført på Chevron-raffinaderiet, hvor de udvalgte råolie blev kogt i enorme gryder for at koncentrere diamantoiderne. Nogle af resterne fra det arbejde kom til et SLAC-laboratorium, hvor små partier gentagne gange koges for at fordampe og isolere molekyler med specifik vægt. Disse væsker tvinges derefter ved højt tryk gennem sofistikerede filtreringssystemer for at adskille diamantoider af forskellige størrelser og former, som hver især har forskellige egenskaber.

Selve diamantoiderne er usynlige for øjet; den eneste grund til at vi kan se dem er, at de klumper sig fint sammen, sukkerlignende krystaller. "Hvis du havde en skefuld, Dahl siger, holder et par stykker i håndfladen, "du kunne give 100 milliarder af dem til hver person på Jorden og stadig have nogle tilbage."

For nylig, holdet begyndte at bruge diamantoider til at så væksten af ​​fejlfri, diamanter i nanostørrelse i et laboratorium i Stanford. Ved at introducere andre elementer, såsom silicium eller nikkel, under vækstprocessen, de håber at lave nanodiamanter med præcist skræddersyede fejl, der kan producere enkelte fotoner af lys til næste generation af optisk kommunikation og biologisk billeddannelse.

Tidlige resultater viser, at kvaliteten af ​​optiske materialer dyrket fra diamantformede frø er konsekvent høj, siger Stanfords Jelena Vuckovic, en professor i elektroteknik, der leder denne del af forskningen med Steven Chu, professor i fysik og i molekylær og cellulær fysiologi.

"At udvikle en pålidelig måde at dyrke nanodiamanter på er afgørende, " siger Vuckovic, som også er medlem af Stanford Bio-X. "Og det er virkelig fantastisk at have den kilde og producenten lige her på Stanford. Vores samarbejdspartnere dyrker materialet, vi karakteriserer det, og vi giver dem feedback med det samme. De kan ændre, hvad vi vil have dem til at ændre."