Diament skrywał sekret przez 100 lat. Naukowcy właśnie go odkryli – co to zmieni?

Czy diament, najtwardszy znany materiał, może robić coś, o czym naukowcy nie mieli pojęcia przez ponad sto lat? Okazuje się, że tak – i to odkrycie może całkowicie zmienić sposób, w jaki projektujemy elektronikę przyszłości. Kluczem okazała się nie chemia, a fizyka na poziomie atomowym.

Diamenty nie tylko do biżuterii

→ Czytaj też: Archeolodzy odkryli cmentarz I wojny w Bieszczadach. Co kryją mogiły?

Kiedy myślimy o diamentach, pierwsze skojarzenia to luksus, zaręczyny i niebotyczne ceny. Jednak od lat diamenty pełnią też ważną rolę w przemyśle – jako niezastąpione narzędzia do cięcia i szlifowania. Ich legendarna twardość sprawia, że są nie do zdarcia. Aż do teraz nikt jednak nie przypuszczał, że diament może skrywać jeszcze jedną, zaskakującą właściwość – zdolność do generowania prądu pod wpływem odkształceń mechanicznych. To zjawisko, zwane piezoelektrycznością, od dawna jest wykorzystywane w zapalniczkach, mikrofonach czy czujnikach ciśnienia. Problem w tym, że przez ponad sto lat naukowcy byli przekonani, iż diament – ze względu na swoją strukturę krystaliczną – nie może być piezoelektryczny. No chyba że zmieni się jego grubość.

Nie grubość, a brak symetrii

→ Czytaj też: Sonda NASA przeleciała 2800 mil nad Marsem. Zobacz, co nagrała

Zespół badaczy postanowił przyjrzeć się diamentowi z zupełnie nowej perspektywy. Zamiast badać go w formie masywnego kryształu, skupili się na ultracienkich membranach diamentowych, o grubości zaledwie kilku atomów. I właśnie wtedy stało się coś nieoczekiwanego. Jak podaje portal Chip, w tak ekstremalnie cienkiej strukturze atomy węgla układają się w sposób, który odbiera diamentowi jego idealną symetrię. A to właśnie brak symetrii jest warunkiem koniecznym do wystąpienia efektu piezoelektrycznego. Innymi słowy: diament w warstwie o grubości pojedynczych atomów zaczyna zachowywać się jak zupełnie inny materiał.

Co to oznacza dla zwykłych ludzi?

Odkrycie ma przede wszystkim ogromne znaczenie dla przyszłości elektroniki. Piezoelektryczne diamenty mogą posłużyć do budowy niezwykle czułych sensorów, nowego typu procesorów, a nawet elementów pamięci w smartfonach i komputerach. Ponieważ diament jest wyjątkowo odporny na temperaturę i korozję, takie urządzenia mogłyby działać w ekstremalnych warunkach – w silnikach odrzutowych, wiertniach głębinowych czy w sondach kosmicznych. Dla przeciętnego użytkownika oznacza to w perspektywie kilku lat szybsze, bardziej niezawodne i trwalsze gadżety. Ale uwaga – nie od razu. Na razie naukowcy stoją przed wyzwaniem, jak w praktyce produkować takie ultracienkie membrany na masową skalę.

Stuletnie założenie właśnie upadło

To, co w tej historii jest najbardziej fascynujące, to fakt, że przez ponad sto lat nauka opierała się na założeniu, które okazało się niepełne. Diament uznawano za martwy elektrycznie w kontekście piezoelektryczności i nikt nie kwestionował tego dogmatu. Dopiero spojrzenie na materiał w skali nano – w warstwie tak cienkiej, że gołym okiem jest niewidoczna – ujawniło jego ukryty potencjał. To dowód na to, że nawet w najlepiej poznanych substancjach mogą drzemać tajemnice, które czekają na właściwy moment i właściwe narzędzia. Dla inżynierów i fizyków to czysta ekscytacja. Dla nas – czytelników – to znak, że przyszłość technologii wciąż pisze się na naszych oczach, często zaczynając od podważenia rzeczy oczywistych.