Американцы представили самый тонкий в мире провод из алмазных блоков

Анимация демонстрирует строительство провода из алмазных наночастиц, с которыми связаны атомы серы и меди (желтые и оранжевые шарики).
Если десятки тысяч алмазных нанопроводков сложить вместе, они видны даже невооружённым взглядом.

Если десятки тысяч алмазных нанопроводков сложить вместе, они видны даже невооружённым взглядом.
Иллюстрация Stanford University/SLAC.

Молекулярная модель алмазных наночастиц.

Молекулярная модель алмазных наночастиц.
Фото Stanford University/SLAC.

Графическое представление структуры нанопроволоки.

Графическое представление структуры нанопроволоки.
Фото Stanford University/SLAC.

Анимация демонстрирует строительство провода из алмазных наночастиц, с которыми связаны атомы серы и меди (желтые и оранжевые шарики).
Если десятки тысяч алмазных нанопроводков сложить вместе, они видны даже невооружённым взглядом.
Молекулярная модель алмазных наночастиц.
Графическое представление структуры нанопроволоки.
Учёные США использовали мельчайшие "строительные блоки" алмаза для создания самого тонкого кабеля толщиной всего в три атома. При этом части проводящей конструкции сами выстраиваются в нитчатые структуры.

Учёные из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC научились "плести" самые тонкие в мире нити из алмазов. При этом новая разработка не имеет ничего общего с ювелирным делом.

Исследователи работали с адамантаном. Эти крошечные частицы представляют собой минимально возможный "строительный кубик" алмаза из десяти атомов углерода, в котором свободные связи занимает водород.

В природе это вещество в крайне малых концентрациях встречается в нефти, но ещё в первой половине двадцатого века химики научились синтезировать адамантан в лабораторных условиях.

За последнее десятилетие команда под руководством профессора Чжи-Сюнь Шэня (Zhi-Xun Shen) предложила несколько способов применения алмазных наночастиц в различных устройствах от электронного микроскопа до крошечных гаджетов.

На этот раз группа воспользовалась тем обстоятельством, что адамантановые блоки сильно притягиваются друг к другу, благодаря силам Ван-дер-Ваальса, и собираются в кристаллы.

Графическое представление структуры нанопроволоки.

Учёные соединили каждую частицу адаманта с атомом серы, а затем в специальном растворе связали с серой ион меди. Последний этап "сборки" оказался самым простым – Шэнь и его коллеги просто наблюдали, как полученные "детали" под действием молекулярного притяжения самостоятельно сближались и выстраивались в длинный провод толщиной всего в три атома.

Команда сравнивает процесс сборки тончайшего кабеля из отдельных элементов с популярным конструктором.

"Подобно деталям LEGO они подходят друг к другу только определённым образом, что определяется их размером и формой, – говорит соавтор исследования Фэй Хуа Ли (Fei Hua Li) в пресс-релизе Лаборатории. – Атомы меди и серы каждого строительного блока оказываются в середине, образуя проводящую сердцевину, а громоздкий адамантан остаётся с внешней стороны, образуя изолирующую оболочку".

Если десятки тысяч алмазных нанопроводков сложить вместе, они видны даже невооружённым взглядом.

Ранее Шэнь и его коллеги создавали на основе адамантана и других алмазных наночастиц, известных под названием алмазоиды (diamondoids), одномерные и двухмерные повода с добавлением кадмия, железа, цинка и серебра. Но изначально структуры росли слишком медленно, и учёные стали экспериментировать с различными растворами и другими типами молекул.

В результате им удалось подобрать ингредиенты, которые при смешивании всего за полчаса самостоятельно складываются в нанопроволоку.

С помощью новой технологии можно создавать тончайшие провода для самых разных целей. Их можно использовать в тканях, способных вырабатывать электричество и сохранять энергию, в оптоэлектронных приборах, которые используют электричество и свет, а также в создании сверхпроводников.

Учёные уже смоделировали электронные свойства полученных алмазных нанопроводов, а также исследовали их структуру и основные характеристики в лаборатории SLAC с использованием рентгеновских лучей.

Подробные результаты исследования опубликованы в издании Nature Materials.