Kim cương tự nhiên được hình thành trong lớp vỏ Trái đất, là vùng nóng chảy bị chôn vùi sâu hàng trăm km bên dưới bề mặt hành tinh. Quá trình này diễn ra dưới áp suất cực lớn lên tới vài gigapascal và nhiệt độ trên 1.500oC. Các điều kiện tương tự đã được sử dụng trong phương pháp hiện nay để tổng hợp ra kim cương nhân tạo. Phương pháp này thiết lập các điều kiện khắc nghiệt về áp suất và nhiệt độ như trong tự nhiên để thu hút carbon hòa tan trong kim loại lỏng như sắt, để chuyển nó thành kim cương xung quanh một hạt nhỏ hoặc viên kim cương nhỏ ban đầu.

Những viên kim cương được chế tạo bằng kỹ thuật mới hầu hết đều nguyên chất nhưng chúng có kích thước quá nhỏ.

Một nhóm nghiên cứu do Rodney Ruoff (Viện Khoa học Cơ bản,  Hàn Quốc) dẫn đầu đã công bố kỹ thuật tạo kim cương nhân tạo mới. Kỹ thuật mới này sử dụng Gallium được đun nóng bằng điện với một chút silicon trong nồi nấu bằng than chì. Gallium có thể xúc tác cho sự hình thành graphene từ mê tan. Graphene là carbon nguyên chất giống như kim cương, nhưng chứa các nguyên tử trong một lớp chứ không phải theo hướng tứ diện như các loại đá quý khác.

Các nhà nghiên cứu đặt nồi nấu kim loại Gallium trong một khoang được duy trì ở áp suất khí quyển ngang mực nước biển, trong đó khí mê tan siêu nóng, giàu carbon có thể được xả vào khoang này. Khoang tạo kim cương này cho phép nhóm nghiên cứu có thể điều chỉnh nhanh chóng các hoạt động với nồng độ kim loại và khí khác nhau.

Thông qua việc tinh chỉnh như vậy, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, hỗn hợp gali – niken – sắt – kết hợp với một ít silicon là tối ưu để xúc tác cho sự phát triển của kim cương. Với công thức pha trộn này, nhóm nghiên cứu đã thu được kim cương từ đáy nồi nấu kim loại Gallium chỉ sau 15 phút. Sau khoảng 150 phút, một màng kim cương hoàn chỉnh hơn đã được hình thành. Các phân tích quang phổ cho thấy lớp màng này phần lớn là tinh khiết nhưng chứa một vài nguyên tử silicon.

Các chi tiết của cơ chế hình thành kim cương bằng kỹ thuật này phần lớn vẫn còn chưa rõ ràng với nhóm nghiên cứu, nhưng họ cho rằng, sự giảm nhiệt độ sẽ đẩy carbon từ khí mê tan về phía trung tâm của nồi nấu kim loại, nơi nó kết hợp lại thành kim cương. Ngoài ra, không có silicon thì không có kim cương hình thành nên các nhà nghiên cứu cho rằng nó có thể hoạt động như một hạt giống để carbon kết tinh xung quanh.

Mặc dù vậy, phương pháp mới này cũng có những thách thức riêng. Đó là những viên kim cương được sản xuất bằng kỹ thuật này rất nhỏ (nhỏ hơn hàng trăm nghìn lần so với những hạt kim cương nhân tạo sử dụng phương pháp hiện có). Tuy nhiên, kỹ thuật mới này có ưu điểm là tạo ra kim cương từ điều kiện nhiệt độ và áp suất không quá khó khăn nên các nhà nghiên cứu đang tìm cách tăng kích thước các hạt kim cương.

Công Minh (theo livescience.com)