Китайские учёные представили новую форму стекла, достаточно прочную, чтобы поцарапать поверхность алмаза. Но самое удивительное, что новый материал сохранил полупроводниковые свойства аморфного стекла. Это открывает путь к предельно прочным фотоэлектрическим панелям и к электронике, выдерживающей экстремальные температуры и давление.
Прочность алмаза, как известно, обусловлена его идеальной кристаллической структурой. Стекло не имеет упорядоченной структуры и особенной прочностью похвастаться не может. Китайские исследователи смогли подобрать такие режимы нагрева и давления, которые придали стеклу необычайную прочность с сохранением свойств полупроводника.
В основе нового высокопрочного стекла лежат фуллерены — это что-то типа графена, свёрнутого в подобие футбольного мяча. Сами по себе фуллерены не обладают рекордной твёрдостью, но спечённые вместе они оказались прочнее алмаза. В процессе обычного нагрева до высоких температур под давлением фуллерены расплавляются, и на выходе получается обычный искусственный алмаз — диэлектрик, а вовсе не полупроводник.
Учёные растянули процесс нагрева и охлаждения образцов на 12 часов каждый, а температурные режимы годами подбирали шаг за шагом, чтобы сохранить фуллерены в материале целыми. При нагреве до 1200 °C под давлением 25 ГПа фуллерены удалось сохранить в материале целыми. Новый материал получил название AM-III. Под микроскопом такой материал выглядит как кристаллическая структура, но при дальнейшем увеличении представляется неупорядоченным скоплением фуллеренов. Подобное сочетание сделало его прочнее алмаза.
При измерении твёрдости методом Виккерса материал AM-III показал твёрдость 113 ГПа. Для сравнения, алмазы природного происхождения имеют твёрдость от 70 до 100 ГПа, а сталь всего 9 ГПа. Статья об исследовании была опубликована в издании National Science Review. Эта работа появилась благодаря консультациям с профильными специалистами из Швеции, США, Германии и России.
Также было обнаружено, что материал AM-III является полупроводником с диапазоном запрещенной зоны от 1,5 до 2,2 эВ, что аналогично обычному аморфному кремнию. Такое сочетание электронных и механических свойств делает AM-III привлекательным решением для фотоэлектрических датчиков и солнечных батарей. Наконец, микросхемы из такого материала будут выдерживать чудовищные рабочие температуры и давления, что пригодится для космоса и авиации.
