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Producen diamantes en el laboratorio
Como un rompecabezas, los "arman" átomo por átomo; por su dureza y conductividad térmica tienen usos industriales
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LA NACIONNora Bär
Tal como aseguraba el célebre 007 (Bond? James Bond), los diamantes son eternos. O casi. En la naturaleza, la metamorfosis del grafito en ese cristal de propiedades fabulosas se produce a profundidades de alrededor de 200 kilómetros, a altas temperaturas y grandes presiones que actúan durante miles de millones de años.
Pero aunque cueste creerlo, en el laboratorio del doctor Hugo Huck, físico de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), los científicos realizan esa proeza en unas cuantas horas. Es más, estos modernos alquimistas los fabrican como si estuvieran armando un rompecabezas: átomo por átomo.
"Por sus características únicas de dureza y conductividad térmica, todos los años se producen en el mundo 600 toneladas de diamantes para uso industrial -cuenta Huck, también docente de la Universidad Nacional de San Martín- y se están estudiando todo tipo de aplicaciones innovadoras."
El científico y su equipo desarrollaron una "receta" propia para fabricarlos que combina dos técnicas conocidas internacionalmente.
En el interior de un diminuto horno a baja presión, y a 2500 grados de temperatura, inyectan dos gases incoloros e inodoros, metano e hidrógeno.
"El diamante está formado por átomos de carbono -explica Huck-. La molécula de metano está formada por un átomo de carbono con cuatro átomos de hidrógeno unidos, con la misma disposición que tienen los átomos del carbono en la estructura cristalina del diamante. Lo que hacemos es ir sustituyendo uno a uno los hidrógenos por carbonos."
La reacción química se consuma gracias a la acción de la luz producida por una corriente eléctrica que circula por un filamento. Esta libera los átomos que componen la molécula de hidrógeno y transforma el metano mediante un proceso en el que va perdiendo [átomos de] hidrógeno de a poco y va incorporando [átomos de] carbono.
"Primero, depositamos una «semilla» de diamante sobre un sustrato afín (en este caso, molibdeno) -explica el científico-. Llega una molécula de metano y queda adherida a la superficie. Viene un hidrógeno atómico y arranca otro hidrógeno... [En una suerte de «juego de la silla»], los átomos que conforman la molécula de hidrógeno se disocian y les «roban» otros a la molécula de metano. Al quedar un sitio disponible, otra molécula de metano ocupa ese lugar. Así se van sustituyendo los hidrógenos por carbonos en la geometría y en la disposición cristalina que tiene el diamante. Van «creciendo» capa por capa."
Un material único
La primera tecnología para fabricar diamantes fue desarrollada en 1955. Pero dado que, además de su valor como piedra preciosa, tiene grandes virtudes como semiconductor, desde 1980 comenzaron a buscarse métodos más eficientes de producción.
"Al principio se empleaba alta presión y temperatura; o sea que se simulaban los procesos geológicos, donde el carbono está sometido a 50.000 atmósferas y a 2000 grados centígrados -dice Huck-. En la actualidad se utilizan dos procedimientos: uno consiste en hacer pasar los gases a través de un filamento caliente y otro, en activarlos por microondas. Nosotros hacemos una combinación de ambos: tenemos un filamento caliente y producimos una descarga eléctrica en estos gases para que se produzcan las especies químicas que queremos."
Hasta ahora, el grupo de Huck logró desarrollar películas policristalinas; es decir, hacen crecer muchos cristalitos en forma continua sobre un sustrato formando un film.
Es una técnica que puede utilizarse para proteger material que está sujeto al desgaste o la abrasión. Para el futuro, esperan poder mantener el proceso de forma lo suficientemente estable durante varias horas y hasta un par de días para fabricar diamantes macroscópicos.
Internacionalmente, un equipo para la fabricación de diamantes cuesta entre 250.000 y 400.000 dólares. Los científicos argentinos fabricaron el que utilizan a un costo de 20.000 dólares y, sin embargo, están alcanzando cristales microscópicos (de alrededor de una décima de milímetro) de excelente calidad.
Nivel competitivo
"Los dispositivos que se comercializan tienen una velocidad de crecimiento de 20 micrómetros por hora -dice Huck-, muy aproximada a la que manejamos nosotros. De acuerdo con los métodos de análisis que tenemos, estamos en un nivel muy competitivo. También pudimos hacer crecer películas de diamante recubriendo una base de acero, un proceso muy complejo, porque el diamante sobre el acero se convierte en grafito."
Si se superan los obstáculos que se presentan por delante, este material superlativo podría utilizarse para fabricar detectores de neutrones, ojos biónicos, nanotransistores que trabajen a temperaturas mucho más altas que el silicio y equipos electrónicos que no necesiten refrigeración?
"Como es biocompatible, uno lo puede incorporar al organismo sin que éste lo rechace -concluye Huck-. Es cinco veces mejor conductor térmico que el cobre. Además de gran aislante eléctrico, es resistente a los gases y ácidos. Y si uno quiere disipar la temperatura de un circuito electrónico, apoya esos elementos sobre diamante y el calor se transfiere muy eficientemente."
¡Eso sí que sería una revolución en el reino de las gemas?!
