يكون الماس مرنًا بشكل مدهش عندما تجعله صغيرًا

الألماس يدوم إلى الأبد، ولكن إذا جعلته صغيرًا جدًا، فيمكن أن يصبح اسفنجيًا قليلاً. كشفت تجربة أجريت على بعض أصغر أنواع الألماس التي تمت دراستها على الإطلاق، عن سبب كونها مرنة بشكل مدهش عندما تكون صغيرة جدًا.

يقول تشونغشين شان من جامعة تشنغتشو في الصين: “يُعرف كميات الماس السائبة على نطاق واسع بصلابتها وصلابتها الشديدة. وعلى المستوى النانوي، يمكن أن تكون الأمور مختلفة”. وقد درس هو وزملاؤه كيفية استجابة الماس الذي يصل حجمه إلى 4 نانومترات – وهو أصغر بمئات المرات من بعض الفيروسات – للضغط.

قام الباحثون بتثبيت كل ماسة صغيرة بين أسطوانتين مملوءتين بالألماس وقادرتين على ضغط الماس النانوي. تم توصيل الأسطوانات بجهاز استشعار القوة الذي يقيس مدى مقاومة الماس ومجهر خاص يصور الماس المضغوط.

يقول شان إن إجراء قياسات موثوقة على المقياس النانوي أمر صعب لأن جميع التأثيرات المقاسة صغيرة جدًا وأي اضطراب بسيط من بيئة الماس يمكن أن يضيف تشويشًا إلى البيانات. ولتجنب هذه المشكلة، كرر الباحثون التجربة مع حوالي 100 ماسة مختلفة واتخذوا الاحتياطات اللازمة مثل إجراء قياسات في فراغ عالٍ حيث لا يمكن لجزيئات الهواء أن تزعجهم. ووجدوا أنه مع انخفاض قطر الماس من 12 إلى 4 نانومتر، انخفضت صلابته بنحو 30%، مما يعني أنه أصبح أكثر مرونة.

ثم استخدم الباحثون قياساتهم ومحاكاة الكمبيوتر للماس لمعرفة السبب. يقول شان إنه نظرًا لأن الماس كان صغيرًا جدًا، فإن النسبة بين عدد الذرات الموجودة على الطبقة السطحية وعدد الذرات التي تشكل قلبها كانت كبيرة، لكن الروابط الكيميائية بين المنطقتين كانت ضعيفة. ويقول إن هذا جعل الألماس النانوي أكثر مرونة من الألماس الأكبر حجمًا، حيث تكون نسبة السطح إلى النواة أصغر، وتهيمن الروابط الأقوى داخل القلب على سلوك الماس.

يقول يانغ لو من جامعة سيتي في هونغ كونغ إن التجربة الجديدة وجدت تغيرات غير متوقعة في خصائص الماس حتى بالمقارنة مع الدراسات السابقة للماس الصغير. أكمل فريقه بعض الدراسات الأولى التي أظهرت أن الماس على المستوى النانوي يمكن أن يكون أقل صلابة وهشاشة، لكن العمل الجديد دفع مستوى الصغر إلى الانخفاض بمقدار عشرة أضعاف. ويقول لو إن هذا أمر مهم؛ لأن الألماس الصغير أصبح مادة شائعة بشكل متزايد لبناء إلكترونيات جديدة، بالإضافة إلى الأجهزة الكمومية. ويقول: “أصبح الماس الاصطناعي رخيصًا للغاية في الوقت الحاضر، لذا فهذا هو الوقت المناسب لاستخدام الماس في المزيد والمزيد من (التطبيقات).”