Kim cương là một vật chất cứng nhất được tìm thấy trong tự nhiên. Theo thang đo Mohs, kim cương có độ cứng là 10, con số cao nhất trong bảng độ cứng đánh giá đá quý. Tuy nhiên, phát hiện mới cho thấy, kim cương thực sự có thể bị uốn cong ở cấp độ nano.

Bằng cách chiếu điện trường vào các cây kim nano làm bằng kim cương có độ dài khoảng 20 nanomet (nhỏ hơn khoảng 10.000 lần so với tóc người), các nhà nghiên cứu đã có thể uốn cong chúng đến 90 độ.

Các nhà nghiên cứu sử dụng Kính hiển vi điện tử quét (Scanning electron microscope) giúp quá trình diễn ra không hề ảnh hưởng đến chất lượng của kim cương, trong khi vẫn tạo ra đủ điện tích tĩnh điện để bẻ cong cây kim. Đặc biệt, cây kim bị uốn cong vẫn có thể trở lại trạng thái ban đầu.
Thành tựu này có khả năng mở đường cho hàng loạt các ứng dụng của kim cương trong nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như lưu trữ năng lượng hoặc sản xuất vật liệu bảo hộ, thậm chí là trong điện toán lượng tử.

Hình minh họa. Nguồn: Advanced Materials

Dù vậy, phát hiện này cũng đặt ra không ít thách thức cho ngành công nghệ nano. Theo nhà khoa học vật liệu Blake Reagan (ĐH Công nghệ Sydney), kim cương là nguyên liệu tiên phong cho các ứng dụng mới nổi như quang tử nano (nanophotonics), các hệ thống vi-cơ điện tử và che chắn bức xạ, nhưng thông tin về đặc tính của kim cương đơn tinh thể ở phạm vi nano vẫn còn rất hạn chế.

Reagan và các đồng nghiệp - vốn hứng thú tìm hiểu sự thay đổi về đặc tính cơ học của các vật liệu ở kích cỡ rất nhỏ - đã thực hiện một mô phỏng cơ học phân tử song song với thí nghiệm để phân tích cơ chế đằng sau hiện tượng này. Trong quá trình uống cong các mũi kim nano bằng kim cương, các nhà khoa học cũng quan sát được một loại hình biến dạng mới, trong đó các cây kim không khôi phục lại hình dạng ban đầu. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi chiều của cây kim nano và hướng của các tinh thể kim cương được sắp xếp theo một thứ tự đặc biệt.

Qua mô phỏng, nhóm nghiên cứu cũng phát hiện một dạng tồn tại trên lý thuyết của cacbon được gọi là O8-carbon, được tạo ra khi kim cương bị nén dưới áp lực và các liên kết phân tử lần lượt bị bẻ gãy, tách ra như khóa kéo.

Các phát hiện này đều vô cùng hữu ích với tiến trình nghiên cứu về kim cương và công nghệ nano nói chung. Dù trong hoàn cảnh hiện tại, việc tạo ra các mẫu kim cương kích thước nano là không hề dễ dàng, nhưng lại mang nhiều tiềm năng trong tương lai.

Nghiên cứu được đăng tải trên Tạp chí Advanced Materials.

Nguồn: https://www.sciencealert.com/super-hard-diamonds-can-be-bent-and-flexed-at-the-nanoscale