Forskare framställer nytt diamantmaterial med glas-struktur

Till vänster (a) är det nya diamantmaterialet med glasstruktur, till höger (b) en typisk diamantkristall syntetiserad av grafit under tryck. Den gulgröna färgen hos diamantkristallen kommer sig av att den är förorenad av kväveatomer.

Bild: Mingguang Yao och Bingbing Liu

Det transparenta, lätt gulaktiga glaset är till och med svårare att deformera än diamant och brister på samma sätt som glas i oregelbundna, vassa skärvor om det krossa.

Det nya materialet har tillverkats av molekylärt kol i form av fullerenen C60 och är nästan lika hårt som vanlig kristallin diamant men saknar, liksom vanligt glas, en ordnad position hos ämnets atomer.

– Det transparenta, lätt gulaktiga glaset är till och med svårare att deformera än diamant och brister på samma sätt som glas i oregelbundna, vassa skärvor om det krossas, säger Bertil Sundqvist, professor emeritus på Institutionen för fysik vid Umeå universitet, som medverkat i det Kina-baserade projektet.

Bertil Sundqvist, professor emeritus på Institutionen för fysik vid Umeå universitet.

BildLisbeth Sundqvist

Till skillnad från diamant, som är en isolator, är det nya glaset snarare en halvledare med ett så kallat bandgap som bara är hälften så stort. Eftersom bindningarna mellan kolatomerna är så starka har materialet också den högsta värmeledningsförmåga som uppmätts i ett glasmaterial.

Liknande material har tillverkats av andra forskare under de senaste 25 åren, men alltid i alltför små mängder för att materialets egenskaper ska kunna mätas noggrannt. Med hjälp av en nykonstruerad högtrycksutrustning har den kinesiska gruppen nu lyckats tillverka provbitar med volymer upp till en kubikmillimeter genom att behandla fullerener vid ett tryck av 27 GPa (270 000 atmosfärer) och en temperatur nära 1 000 grader Celsius.

Tillverkningen är dock svår och känslig. Om temperatur eller tryck är för höga eller behandlingstiden för lång fås ”vanlig” diamant och om de är för låga fås mest grafit. Eftersom trycket som krävs vid syntesen är nästan fyra gånger så högt som vid diamantproduktion är materialet för ögonblicket mest av vetenskapligt intresse.

– Liknande hårda, glasliknande kolmaterial används redan i stor skala i form av mycket tunna filmer för att till exempel skydda ytan på hårddiskar. Dessa filmer består dock inte av rent kol utan innehåller också relativt stora mängder väteatomer, säger Bertil Sundqvist.

De två huvudförfattarna till artikeln, professor Mingguang Yao och professor Bingbing Liu, har båda tillbringat upprepade forskningsperioder vid Umeå universitet där de liksom i detta projekt arbetat tillsammans med professor emeritus Bertil Sundqvist. Professor Bingbing Liu är också hedersdoktor vid Umeå universitet.