Atomair dunne diamant, ook wel diamane genoemd, is een tweedimensionale koolstofallotroop en heeft veel wetenschappelijke belangstelling gewekt vanwege zijn potentiële fysieke eigenschappen. Echter, eerdere studies suggereren dat atomair dunne diamantfilms niet haalbaar zijn in een ongerepte staat omdat diamanten een driedimensionale kristallijne structuur hebben en vanwege de bungelende sp3-bindingen geen chemische stabiliteit zouden hebben wanneer ze worden verdund tot de dikte van de eenheidscel van diamant. Chemische functionalisering van de oppervlaktekoolstoffen met specifieke chemische groepen werd noodzakelijk geacht om de tweedimensionale structuur te stabiliseren, zoals oppervlaktehydrogenering of fluorering, en verschillende substraten zijn ook gebruikt bij deze synthesepogingen. Maar al deze pogingen veranderen de samenstelling van diamantfilms, Het is te zeggen, de succesvolle synthese van een ongerepte diamane is tot nu toe niet bereikt.

Het reguleren van het faseovergangsproces van koolstofmaterialen onder hoge druk en hoge temperatuur is altijd een eenvoudige methode om diamantisatie te bereiken. Hier, een team van wetenschappers onder leiding van Drs. Feng Ke en Bin Chen van HPSTAR (het Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research) gebruikten deze directe benadering, diamantisatie van mechanisch geëxfolieerd grafeen met weinig lagen via compressie, om de lang gezochte diamane-film te synthetiseren. De studie is gepubliceerd in Nano-letters .

Het diamantisatieproces gaat meestal gepaard met het openen van een energiekloof en een dramatische toename van de weerstand als gevolg van de sp2-sp3-herhybridisatie tussen koolstofatomen. "De in-situ elektrische transportmetingen van grafeen met weinig lagen zijn moeilijk uit te voeren onder hoge druk, "zei Feng Ke. "Echter, met behulp van onze recent ontwikkelde op fotolithografie gebaseerde microbedradingstechniek om filmelektroden op een diamantoppervlak voor te bereiden voor weerstandsmetingen, we zijn in staat om de drukgeïnduceerde sp2-sp3-diamantiseringsovergang van mechanisch geëxfolieerd grafeen te bestuderen met een laagdikte variërend van 12- tot dubbellaags bij kamertemperatuur."

Hun studies tonen aan dat ongerept h-diamane kan worden gesynthetiseerd door drielaags en dikker grafeen te comprimeren tot boven 20 GPa bij kamertemperatuur, die eenmaal gesynthetiseerd kon worden bewaard tot ongeveer 1,0 GPa bij decompressie. "De optische absorptie onthult dat h-diamane een energiekloof heeft van 2,8 ± 0,3 eV, en verdere bandstructuurberekeningen bevestigen een indirecte bandafstand van 2,7-2,9 eV, " legde de mede-eerste-auteur Lingkong Zhang uit, een doctoraat student aan HPSTAR. "Vergeleken met gapless grafeen, halfgeleidend h-diamane biedt opwindende mogelijkheden voor op koolstof gebaseerde elektronische apparaten."

De XRD-metingen hebben aangetoond dat de overgang van een paar lagen grafeen naar h-diamanen een geleidelijke structurele overgang is, wat helpt om de continue weerstandstoename en absorptieafname in drielaags en dikker grafeen te begrijpen met druk boven de overgangsdruk. Theoretische berekeningen geven aan dat een georiënteerd h-diamane energetisch stabiel is en een lagere enthalpie heeft dan zijn enkele laags grafeenvoorloper boven de overgangsdruk.

"Zoals de ontdekking van grafeen, koolstof nanobuisjes, fullerenen, en andere nieuwe koolstofallotropen, de realisatie van een ongerepte diamant vertegenwoordigt een andere opwindende prestatie in de materiaalwetenschap, " voegde Dr. Bin Chen toe, "Thermische behandeling bij hoge druk kan nuttig zijn om een ​​ongerepte h-diamane te behouden tot omgevingsdruk, zoals gesuggereerd door de hoge temperatuur en hoge druk methode om een ​​onder druk te doven h-diamant te synthetiseren. Er zijn nog steeds uitdagingen om het behoud en de industriële toepassingen van diamane te realiseren."