河南
近日，韩国基础科学研究所的材料科学团队在《自然》杂志上发表了一项重大研究成果：他们成功在标准大气压和1025°C的条件下合成了钻石，这一成果有望为金刚石薄膜的生产开创一条更为经济高效的制备路径。
长期以来，金刚石作为一种优质的半导体材料，以其超宽禁带间隙特性，在高温、高辐射、高电压环境下表现出色，被广泛应用于各种高科技领域。然而，传统的金刚石制备技术，如高温高压法和化学气相沉积法，要么需要极端条件，要么设备成本高昂，限制了金刚石薄膜的大规模生产和应用。
合成金刚石图像（图源韩国基础科学研究所官网）
此次韩国研究团队的成功，得益于对金刚石合成机制的深入研究和创新实验设计。团队负责人罗德尼·鲁夫（Rodney Ruoff）注意到，钻石的合成并不一定需要极端条件。早在2017 年日本研究人员的报告中，他们将液态金属镓暴露在甲烷气体中可生成金刚石的同素异形体石墨，这启发了鲁夫对含镓液金从含碳气体中“脱碳”进而生成金刚石路线的研究。他的团队通过对液态金属合金与含碳气体的反应进行深入研究，发现了一种全新的钻石合成方法。
研究人员在含有液态镓、铁、镍和硅的混合物中引入甲烷氢气混合气氛，并在1025°C的温度下加热。令人惊讶的是，在不使用高压和晶种的条件下，金刚石晶体竟然成功生成。更令人欣喜的是，该过程仅需150分钟，比传统方法的时间大大缩短。
原理图示
目前，研究团队已经成功制备出由数千个金刚石晶体组成的微型金刚石薄膜，这些晶体直径不超过100纳米，大小与病毒相当。这一成果标志着在标准大气压下合成钻石的可行性，为金刚石薄膜的制备开辟了新的道路。
如果这一常压合成技术能够成功推广至更大规模，那么金刚石薄膜的生产将变得更加经济、简便。这不仅有助于推动量子计算机和功率半导体等高科技领域的发展，还可能带来一系列新的工业应用和商业机会。
相关论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-024-07339-7
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