Sintetizar diamantes no es una tarea fácil ni rápida. Estos científicos han conseguido hacerlo en solo 15 minutos

¿De dónde vienen los diamantes? La respuesta es: depende. Si hablamos de diamantes naturales, vienen del manto de nuestro planeta. Allí, el carbono es sometido a presiones enormes fruto de la profundidad (140-190 kilómetros) y a temperaturas que superan los 1.500ºC. Con el tiempo, mucho tiempo, se forman los diamantes que son expulsados a la superficie mediante erupciones volcánicas y minados en países como Rusia o el Congo.

Luego están los sintéticos, que se hacen en un laboratorio. No es una tarea fácil ni rápida, pero unos investigadores de Corea del Sur acaban de conseguir algo sorprendente: cultivarlos desde cero, en 15 minutos y en condiciones de presión normales.

Pero empecemos por el principio: HPHT. Esas son las siglas de High Pressure-High Temperature, el método que se usa para cultivar diamantes en un laboratorio. El 99% de los diamantes sintéticos se consiguen mediante este método que requiere unas cuantas cosas: una semilla (es decir, un pequeño diamante base), un entorno rico en carbono y un líquido metálico que hará que el carbono se asiente alrededor de la semilla. Todo esto se calienta a 1.300-1.600 grados y se somete a una presión de entre cinco y seis gigapascales.

En otras palabras, calentamos a la temperatura de fusión del acero y sometemos a una presión de medio millón de atmósferas. El problema se puede ver venir.

Poco, lento y difícil. Se requiere una enorme cantidad de energía para llevar a cabo este método que, para colmo, tarda entre una y dos semanas en producir una gema bastante pequeña. El otro método que se usa para producir diamantes, la deposición química de vapor, elimina la necesidad de la presión alta, pero sigue requiriendo de una semilla.

Esta nueva técnica elimina por completo tanto el requisito de la presión como el de la semilla. Y es más rápida.

Diamantes a una atmósfera. Un equipo de investigadores del Centro de Materiales Multidimensionales de Carbono (CNCM) dirigido por Rod Ruoff ha conseguido cultivar diamantes en condiciones de una atmósfera de presión y a 1.025 grados. Para ello, han utilizado una aleación de metal líquido compuesta por galio, hierro, níquel y silicio. Según los investigadores, esto «rompe el paradigma existente».

Así lo consiguieron. Tal y como explica Ruoff, los investigadores llevaban un tiempo estudiando el crecimiento de diamantes en una cámara con 100 litros de volumen. En ella exponían un metal líquido a una mezcla bastante pura de metano e hidrógeno. El problema es que era lento, ya que poner en marcha cada iteración del experimento llevaba tres horas, así que diseñaron y construyeron una cámara más pequeña con el objetivo de optimizar. Pasaron de 100 litros a solo nueve y eso permitió reducir el tiempo de tres horas a solo 15 minutos.

Imagen: Tahlia Doyle en Unsplash

Según Ruoof, «los estudios paramétricos se aceleraron enormemente, y esto nos ayudó a descubrir los parámetros para los que el diamante crece en el metal líquido». Si alguno tiene un laboratorio en casa y quiere producir diamantes, la receta es la siguiente: una aleación de metal líquido con un 77,75% de galio, un 11% de níquel, un 11% de hierro y un 0,25% de silicio. Eso lo exponemos a una mezcla de metano e hidrógeno a temperatura ambiente y cocinamos a unos 1.025ºC. Si no tenemos níquel a mano también podemos usar cobalto. Configuraciones hay varias y así lo explica Ruoof:

«El diamante podría cultivarse en una amplia variedad de aleaciones metálicas líquidas de punto de fusión relativamente bajo, como las que contienen uno o más de los siguientes elementos: indio, estaño, plomo, bismuto, galio y, potencialmente, antimonio y telurio, e incluyendo en la aleación fundida otros elementos como manganeso, hierro, níquel, cobalto, etc., como catalizadores, y otros como dopantes que producen centros de color. Además del metano, existe una amplia gama de precursores de carbono (varios gases y también carbonos sólidos)».

Cada imagen corresponde a una aleación diferente. Por ejemplo, en la imagen (a) se ha usado Ga, Ni, Fe, Si; y en la imagen (c) se ha utilizado Ga, In, Ni Fe y Si | Imagen: CNCM

Paciencia, pero tampoco mucha. Según explican los investigadores del CNCM, la cristalización de diamantes comienza a los diez minutos o en algún otro momento entre los diez y los 15 minutos. Diamantes pequeños, eso sí, de la escala del nanómetro, aunque extremadamente puros, sin necesidad de una presión altísima y una semilla. No es un método con el que generar diamantes para joyería, pero sí podría tener sentido para herramientas de lijado o excavación.