科学家成功在标准大气压下合成钻石，有望为金刚石薄膜制备开创新路

IT之家 4 月 25 日消息，来自韩国基础科学研究所的材料科学团队近日在《自然》杂志刊文，宣布成功在标准大气压和 1025 °C 下实现钻石合成。该制备方法有望为金刚石薄膜的生产开创一条成本更低的道路。

▲ 合成金刚石图像。图源韩国基础科学研究所官网，下同。

金刚石不仅是一种宝石，也是一种优秀的半导体材料，拥有超宽禁带间隙，相较现已商用的硅等材料更适合高温、高辐射、高电压环境。

目前，金刚石钻石最常见的路线是高温高压方法，该方法相对便宜，不过需要近 60000 倍大气压的压强和 1600°C 的高温；另一种途径是化学气相沉积，但需要昂贵的制造设备。

该研究团队负责人的罗德尼・鲁夫（Rodney Ruoff）表示，几年前其注意到合成金刚石不一定需要极端条件：

有日本研究人员于 2017 年报告，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。

一次巧合中，鲁夫所领导的团队发现，当反应环境引入硅单质后，出现了微小的金刚石晶体。

根据这一现象，实验团队改进了反应装置，将含有液态镓、铁、镍和硅的混合物暴露在甲烷氢气混合气氛中，并加热到 1,025 °C，成功在不使用高压和晶种的条件下生成了金刚石。

▲ 原理图示

目前鲁夫团队已成功制备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，和病毒大小相当。

如果未来这一常压合成技术能成功推广至更大规模，那将开辟一条更经济、更简便的金刚石薄膜制备道路，有望为量子计算机和功率半导体发展提供强大助力。

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