Magnetické nanodiamanty

Vytvořili jsme malé diamantové částice, které byly magnetické. Je to další zajímavá vlastnost uhlíku a může být využita v elektronice pro výrobu lepších pamětí a umožní nám lépe porozumět vlivu struktury materiálu na jeho magnetismus.

Proč je diamant feromagnetický

Diamant v briliantovém výbrusu

V běžné formě ať už jako grafit nebo diamant je uhlík diamagnetický. To znamená, že magnetické pole zeslabuje. Jak je možné, že tentýž prvek je ve formě nanočástic magnetický? Vědci vytvořili nanodiamanty o rozměrech asi 5 nm. Magnety z nich udělali tak, že do nich vpravili několik iontů (atom s chybějícími elektrony) uhlíku nebo dusíku navíc, které zdeformovaly původní diamantovou mřížku. Nanočástice potom vykazovaly feromagnetické vlastnosti. Při menším množství iontů nebyl rozdíl v magnetismu způsobovaném uhlíkem a dusíkem, ale ve větším množství vytvořil dusíkový "vměstek" silnější feromagnetismus.

Typ magnetismu (fero, para, dia), který látka vykazuje, závisí na orientaci spinu elektronů v atomu prvku. Přírodní feromagnetismus má z čistých prvků pouze železo, nikl, kobalt a gadolinium. (Jeho obdobu ferimagnetismus vykazují i některé sloučeniny nekovových materiálů.) Je překvapující, že feromagnetismus běžně nacházíme i v uhlíku. Tento objev ale není žádnou výjimkou. Již dříve jsem informoval o nanopěně jako páté formě uhlíku a o magnetu z uhlíku. Ve všech těchto materiálech je pravděpodobně krystalická mřížka ustavená takovým způsobem, že atomy mají navzájem polohu, která umožní vznik feromagnetismu. Tři druhy magnetického uhlíku jsou však velmi rozdílné. Detaily vzniku magnetismu v nich neznám a údajně je to docela složité.

Elektronika založená na diamantech

Velmi malá diamantová částice se výborně hodí jako paměťová buňka pro jakákoliv elektronická zařízení. Paměti a procesory se vyrábí 65 nm výrobní technologií a jedna paměťová buňka bude zřejmě zabírat ještě o něco více místa. 5 nm "velký" nanodiamant by neuvěřitelně zvýšil kapacitu pamětí na stejné ploše. Paměťová hustota by se zvýšila asi 170 krát (rozměr je menší 13 krát, takže plocha 13² = 169 krát). Jestli dnes máme paměťové moduly s kapacitou 1 GB, na stejné ploše by diamantový mohl mít kapacitu 170 GB. Mít RAM se srovnatelně velkou kapacitou jako harddisk je pěkná představa. Nahrát většinu obsahu disku do RAM při startu zní lákavě. Nebo bychom se dokonce obešli bez pevného disku, pokud by byl diamant trvale schopen udržet si svou magnetizaci (vyjadřující stav bitu) podobně jako mechanická paměť.

Cena (drobných, ne těch největších) průmyslových diamantů je něco přes dolar za gram, takže by náklady na výrobu nemusely být přehnaně vysoké. Vědci se nezmiňují, jak složitá je výroba diamantových nanočástic a vkládání iontů do nich, abych mohl posoudit skutečnou možnost jejich využití. Ale jelikož některé diamanty jsou polovodivé, jistě se v elektronice objeví i v nemagnetické formě, až narazíme na hranice možností křemíku.