ACS Nano:用于科学和电子学的金刚石纳米碳相激光工程

金刚石是密度最大的碳素同素异形体，于是连接各种同素异形体的一个共同因素是它们在技术应用和科学发现方面的重要性。最近将陨石 "撞击 "金刚石与实验室爆炸实验合成的金刚石进行比较时，发现两者之间存在明显差异，因此尚未人工合成天然撞击金刚石的完整类似物。尽管 nm-μm 金刚石在行星科学领域非常重要，但陨石（尤其是富碳脲锂石）中 nm-μm 金刚石的起源仍存在一些争论。

近段时间，来自英国牛津大学工程科学系的Patrick S. Salter教授及其团队利用基于激光的实验室方法，设计出了相关复杂的 nm-μm 级金刚石特征和其他奇异的碳相，并指出了如何将这些特征和碳相有效地应用于现代技术，如电子技术。旨在深入探讨在陨石中发现的金刚石和相关纳米碳相的可能形成方法。

结果观察到了所谓的 "二亚硫酸盐 "碳相，包括类型 1 和类型 2。在PRR-1k条件下发现类型1，该过程会产生导电轨道。在 PRR-1M 条件下（脉冲传输速率增加 103），传输到系统中的能量太大，1 型二磷酸盐根本无法介导裂纹扩展，于是形成了一系列断开的受损区域，这种情况下不再导电，表明这种相是在 PRR-1M 工艺与 PRR-1k 工艺截然不同的能量沉积条件下形成的。在PRR-1M 覆盖 PRR-1K 金属丝，即PRR-1k1M条件下，可以观察到从激光写入起始侧紧邻的次表层区域出现了二亚硫酸盐 1 型，但在被覆盖的激光结构的更深层，没有看到类似二亚硫酸盐的相位。由此看来，紧接着地表下发生的物理过程可以由二辉石结构介导，但一旦光束深入材料内部，金刚石通过二辉石的弛豫不够，就会形成具有足够连通性的 sp2/sp3 区域，从而导电。在这种情况下，发生这种转换的界面就会产生类似结点的导电行为。

激光覆盖对单晶金刚石的影响

总之就技术而言，在金刚石内部已经形成了一个稳定的三维结。同时可以考虑在电子设备和其他形式的设备中采用可能改变模式的全碳系统。此外，通过利用这种技术方法，与空间岩石中的金刚石和相关纳米碳的出现有关的基本问题也得到了解决。

参考文献：

Salter PS, Villar MP,et. Laser Engineering Nanocarbon Phases within Diamond for Science and Electronics. ACS Nano. 2024 Jan 17. doi: 10.1021/acsnano.3c07116. Epub ahead of print. PMID: 38232330.