Cambio de Juego en la Síntesis de Diamantes: Científicos Reducen el Proceso a 150 Minutos

“Este avance podría revolucionar los métodos de producción de diamantes, haciéndolos más accesibles y eficientes”

- Rod Ruoff, líder del equipo investigador.

25/4/2024

Investigadores del Instituto de Ciencia Básica en Corea del Sur, en colaboración con la Universidad Nacional de Ulsan, han hecho un descubrimiento revolucionario que podría cambiar la industria de los diamantes sintéticos. Utilizando una aleación líquida de metales, incluyendo galio, hierro, níquel y silicio, el equipo ha logrado sintetizar diamantes en condiciones mucho menos extremas de lo que tradicionalmente se creía necesario, específicamente a 1 atmósfera de presión y 1025°C de temperatura.

El proceso, publicado en la revista 'Nature', no solo desafía la noción previa de que la síntesis de diamantes requiere condiciones de alta presión y temperatura, sino que también abre la puerta a métodos más eficientes y económicos. Los diamantes son formados en minutos en vez de semanas, utilizando un sistema de vacío frío personalizado que permite un control preciso sobre las condiciones de crecimiento.

Según el Dr. Ruoff, el director del estudio, este método no solo simplifica el proceso de creación de diamantes, sino que también reduce significativamente el tiempo y los costos asociados. “La posibilidad de producir diamantes en estas condiciones abre muchas oportunidades no solo en la industria de la joyería, sino también en aplicaciones industriales y tecnológicas,” explicó Ruoff.

Este avance es resultado de años de investigación y cientos de ajustes experimentales, demostrando que la ciencia y la innovación pueden llevar a la superación de límites previamente considerados inamovibles. Los diamantes obtenidos a través de este método han demostrado tener una pureza y estructura comparable a los mejores diamantes sintéticos producidos bajo métodos tradicionales.

Scanning electron micrograph of a diamond film grown in liquid metal. (Gong et al., Nature, 2024)

Algo Curioso

El proceso de crecimiento de diamantes en metales líquidos a baja presión fue inicialmente teorizado hace décadas, pero solo con los recientes avances en tecnología de vacío y análisis a nivel atómico ha sido posible demostrar su viabilidad, marcando un momento significativo en la ciencia de materiales.

Un Cambio Paradigmático en la Fabricación de Diamantes

El procedimiento desarrollado por los investigadores introduce un método completamente nuevo para la creación de diamantes, utilizando una mezcla específica de metales líquidos que facilita la nucleación y el crecimiento de diamantes a una presión atmosférica y temperatura considerablemente más baja que las técnicas previas. Este proceso es capaz de producir una película continua de diamante en apenas 150 minutos, lo cual representa una mejora significativa en términos de eficiencia en comparación con los métodos tradicionales que pueden tardar semanas.

La innovación radica en la capacidad del metal líquido para disolver carbono y permitir su precipitación en forma de diamante bajo condiciones controladas. El equipo de investigación utilizó una aleación específica de 77.75% de galio, 11% de hierro, 11% de níquel y 0.25% de silicio por pesos atómicos. La mezcla de gases de metano e hidrógeno se introdujo en el sistema, donde el metano proporciona la fuente de carbono necesaria para el crecimiento del diamante.

Los detalles técnicos del proceso revelan que el sistema de vacío empleado elimina el aire y otros gases para crear un ambiente controlado que facilita la síntesis del diamante sin la interferencia de impurezas. Además, la rapidez del sistema permite realizar ajustes precisos en tiempo real, lo que es crucial para optimizar las condiciones de crecimiento y obtener diamantes de alta calidad.

Este método no solo es más rápido, sino también más ambientalmente sostenible, ya que reduce significativamente la cantidad de energía necesaria para mantener altas temperaturas y presiones. Esto podría tener un impacto considerable en la reducción del costo de producción de diamantes sintéticos, haciendo posible su uso más extendido en diversas aplicaciones industriales y tecnológicas.

Implicaciones y Aplicaciones Futuras de los Diamantes Sintéticos

La técnica desarrollada ofrece un nuevo horizonte para la investigación y aplicación de diamantes en campos tan diversos como la electrónica, la mecánica y la biotecnología, donde las propiedades únicas de estos materiales pueden ser explotadas de manera más eficiente. Los diamantes sintetizados a través de este nuevo método han demostrado poseer centros de color de vacío de silicio, los cuales son cruciales para aplicaciones en computación cuántica y sensores magnéticos, debido a su alta sensibilidad y estabilidad.

Uno de los hallazgos más destacados del estudio es la presencia de líneas intensas de fotoluminiscencia a 738.5 nm cuando se excitan con un láser de 532 nm, una característica altamente valorada para el uso en tecnologías ópticas y de imagen. Este tipo de aplicaciones podría beneficiarse enormemente de la disponibilidad de diamantes sintéticos de alta pureza y a menor costo, permitiendo la integración de estos materiales en dispositivos más accesibles al público general.

El proceso también ha sido capaz de generar películas de diamante que pueden ser transferidas a otros sustratos, una técnica que podría revolucionar la fabricación de dispositivos electrónicos y ópticos al permitir la integración directa de diamantes en circuitos y sistemas sin necesidad de procesos intermedios complejos y costosos. La habilidad para cultivar diamantes directamente sobre sustratos específicos abre nuevas posibilidades para la ingeniería de materiales y la nanotecnología.