Diamante atomicamente sottile, chiamato anche diamane, è un allotropo del carbonio bidimensionale e ha attirato un notevole interesse scientifico grazie alle sue potenziali proprietà fisiche. Però, studi precedenti suggeriscono che i film di diamante atomicamente sottili non sono realizzabili in uno stato incontaminato perché i diamanti possiedono una struttura cristallina tridimensionale e mancherebbero di stabilità chimica se assottigliati fino allo spessore della cella unitaria del diamante a causa dei legami sp3 penzolanti. La funzionalizzazione chimica dei carboni superficiali con specifici gruppi chimici è stata ritenuta necessaria per stabilizzare la struttura bidimensionale, come idrogenazione superficiale o fluorurazione, e vari substrati sono stati utilizzati anche in questi tentativi di sintesi. Ma tutti questi tentativi cambiano la composizione dei film diamantati, vale a dire, la riuscita sintesi di un diamane incontaminato fino ad ora non è stata raggiunta.

La regolazione del processo di transizione di fase dei materiali in carbonio ad alta pressione e ad alta temperatura è sempre un metodo semplice per ottenere la diamante. Qui, un team di scienziati guidati da Drs. Feng Ke e Bin Chen di HPSTAR (il Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research) hanno utilizzato questo approccio diretto, diamante di grafene a pochi strati esfoliato meccanicamente tramite compressione, sintetizzare il tanto agognato film diamane. Lo studio è pubblicato su Nano lettere .

Il processo di diamante è solitamente accompagnato dall'apertura di un gap energetico e da un drammatico aumento della resistenza dovuto alla reibridazione sp2-sp3 tra atomi di carbonio. "Le misurazioni del trasporto elettrico in situ del grafene a pochi strati sono difficili da eseguire ad alta pressione, " ha detto Feng Ke. "Tuttavia, utilizzando la nostra tecnica di microcablaggio basata sulla fotolitografia recentemente sviluppata per preparare elettrodi a film su una superficie diamantata per misurazioni di resistenza, siamo in grado di studiare la transizione di diamante sp2-sp3 indotta dalla pressione del grafene esfoliato meccanicamente con uno spessore dello strato che varia da 12 a doppio strato a temperatura ambiente".

I loro studi dimostrano che l'h-diamane incontaminato potrebbe essere sintetizzato comprimendo il tristrato e il grafene più spesso a oltre 20 GPa a temperatura ambiente, che una volta sintetizzato potrebbe essere conservato a circa 1,0 GPa dopo la decompressione. "L'assorbimento ottico rivela che h-diamane ha un gap energetico di 2,8 ± 0,3 eV, e ulteriori calcoli della struttura di banda confermano un gap di banda indiretto di 2,7-2,9 eV, " ha spiegato il co-autore Lingkong Zhang, un dottorato di ricerca studente presso HPSTAR. "Rispetto al grafene gapless, il semiconduttore h-diamane offre possibilità entusiasmanti per i dispositivi elettronici a base di carbonio."

Le misurazioni XRD hanno dimostrato che la transizione da grafene a pochi strati a h-diamane è una transizione strutturale graduale, che aiuta a comprendere il continuo aumento della resistenza e la diminuzione dell'assorbanza nel grafene a tre strati e più spesso con una pressione superiore alla pressione di transizione. I calcoli teorici indicano che un h-diamane orientato è energeticamente stabile e ha un'entalpia inferiore rispetto al suo precursore di grafene a pochi strati al di sopra della pressione di transizione.

"Come la scoperta del grafene, nanotubi di carbonio, fullereni, e altri nuovi allotropi del carbonio, la realizzazione di un diamane incontaminato rappresenta un altro entusiasmante traguardo nella scienza dei materiali, " ha aggiunto il dottor Bin Chen, "Il trattamento termico ad alta pressione può essere utile per preservare un h-diamane incontaminato a pressione ambiente, come suggerito dal metodo ad alta temperatura e alta pressione per sintetizzare un diamante h temprabile in pressione. Rimangono ancora le sfide per ottenere la conservazione e le applicazioni industriali di diamane."