Ис­сле­до­ва­те­ли из Гер­ма­нии уве­ре­ны, что им уда­лось ре­шить за­да­чу, ве­ка­ми ста­вив­шую в ту­пик юве­ли­ро­в: по­че­му ал­маз, са­мый твер­дый из из­вест­ных ма­те­ри­а­ло­в, мо­жет быть от­по­ли­ро­ван с по­мо­щью дру­го­го ал­ма­за и по­че­му та­кую по­ли­ров­ку мож­но осу­ще­ствить толь­ко для опре­де­лен­ных гра­ней и толь­ко в опре­де­лен­ном на­прав­ле­ни­и.

Ре­зуль­та­ты ис­сле­до­ва­ния мо­гут при­ве­сти к раз­ра­бот­ке но­вы­х, бо­лее эф­фек­тив­ных ме­то­дов по­ли­ров­ки ал­ма­за, а так­же к со­зда­нию но­вых под­хо­дов для по­лу­че­ния иде­аль­но плос­ких по­верх­но­стей по­ли­кри­стал­ли­че­ских ал­ма­зо­в, ко­то­рые в по­след­нее вре­мя на­хо­дят при­ме­не­ние в элек­тро­ни­ке и дру­гих об­ла­стях.

Ча­сти­ца ал­ма­за с ост­ры­ми кра­я­ми (се­рые ато­мы, сле­ва сверху) от­де­ля­ет ча­стич­ки не­боль­шо­го раз­ме­ра от стек­ло­по­доб­ной фа­зы (зе­ле­ные ато­мы­), на­хо­дя­щей­ся на по­верх­но­сти ал­ма­за (се­рые ато­мы, вни­зу). Од­но­вре­мен­но кис­ло­род воз­ду­ха (крас­ные ато­мы) ре­а­ги­ру­ет с рас­по­ло­жен­ны­ми на по­верх­но­сти це­пя­ми уг­ле­ро­да (ко­рич­не­вые ато­мы­), об­ра­зуя ди­ок­сид уг­ле­ро­да. (Ри­су­нок из Nature Mater., 2010, DOI: 10.1038/nmat2902)

О­быч­но ал­маз по­ли­ру­ют ал­маз­ной же крош­кой, на­не­сен­ной на быст­ро вра­ща­ю­ще­е­ся ко­ле­со из же­ле­за. Уже сот­ни лет юве­ли­ры зна­ют, что не­ко­то­рые гра­ни ал­ма­за ока­зы­ва­ют­ся бо­лее «мяг­ки­ми» - их про­ще по­ли­ро­вать, чем дру­ги­е. Бы­ло из­вест­но, что лег­кость по­ли­ров­ки свя­за­на с раз­лич­ны­ми спо­со­ба­ми фор­ми­ро­ва­ния кри­стал­ли­че­ской ре­шет­ки ато­ма­ми уг­ле­ро­да, об­ра­зу­ю­щих бо­лее и ме­нее проч­ные ре­шет­ки, од­на­ко де­таль­ный ме­ха­низм об­ра­бот­ки по­верх­но­сти до на­сто­я­ще­го вре­ме­ни был не­из­ве­стен.

Что­бы от­ве­тить на этот во­прос ис­сле­до­ва­те­ли из груп­пы Ми­ка­э­ля Мо­зе­ле­ра (Michael Moseler) ис­поль­зо­ва­ли мо­ле­ку­ляр­ную ди­на­ми­ку для мо­де­ли­ро­ва­ния про­цес­са по­ли­ро­ва­ния ал­ма­за­.

На ос­но­ва­нии ком­пью­тер­но­го мо­де­ли­ро­ва­ния бы­ло пред­по­ло­же­но, что при кон­так­те по­ли­ру­ю­ще­го ин­стру­мен­та с об­ра­ба­ты­ва­е­мым ал­ма­зом ме­ха­ни­че­ское воз­дей­ствие при­во­дит к пе­ре­ме­ще­нию ато­мо­в, рас­по­ло­жен­ных на по­верх­но­сти. Та­кое пе­ре­ме­ще­ние яв­ля­ет­ся при­чи­ной об­ра­зо­ва­ния аморф­но­го сло­я, мед­лен­но пе­ре­ме­ща­ю­ще­го­ся по по­верх­но­сти кри­стал­ла. Ато­мы уг­ле­ро­да в этом слое оста­ют­ся свя­зан­ны­ми ко­ва­лент­ны­ми свя­зя­ми с не по­те­ряв­шей кри­стал­ли­че­ское со­сто­я­ние ре­шет­кой ал­ма­за. По ме­ре пе­ре­ме­ще­ния аморф­но­го слоя эти ко­ва­лент­ные свя­зи мо­гут ли­бо по­рвать­ся, и от ал­ма­за от­ко­лет­ся ку­со­чек, ли­бо остать­ся не­раз­ру­шен­ной­.

Мо­зе­лер уве­ря­ет, что ре­зуль­та­ты рас­че­тов поз­во­ля­ют опре­де­лить, ка­кие гра­ни ал­ма­за и ка­кие на­прав­ле­ния воз­дей­ствия бо­лее удоб­ны для по­ли­ров­ки. Он пред­по­ла­га­ет, что ре­зуль­та­ты его ра­бо­ты поз­во­лят най­ти спо­со­бы мо­ди­фи­ка­ции аморф­но­го слоя та­ким об­ра­зо­м, что бу­дет най­ден спо­соб раз­ру­ше­ния проч­ных ко­ва­лент­ных свя­зей меж­ду аморф­ным участ­ком и кри­стал­лом та­ким об­ра­зо­м, что удаст­ся об­ра­ба­ты­вать и не под­да­ю­щи­е­ся об­ра­бот­ке по­верх­но­сти. Раз­ра­бот­ка та­ко­го под­хо­да мо­жет ока­зать­ся осо­бо по­лез­ной для об­ра­бот­ки син­те­ти­че­ских ал­ма­зо­в, пред­став­ля­ю­щих со­бой по­ли­кри­стал­лы с боль­шим ко­ли­че­ством «мяг­ких» и «жест­ких» гра­ней – та­кие ал­ма­зы осо­бен­но слож­но об­ра­бо­тать та­к, что­бы их мож­но бы­ло ис­поль­зо­вать на прак­ти­ке.

Майк Аш­фолд (Mike Ashfold), спе­ци­а­лист по хи­мии ал­ма­зов из Уни­вер­си­те­та Бри­сто­ля под­чер­ки­ва­ет, что ра­бо­та Мо­зе­ле­ра впер­вые про­ли­ва­ет свет на про­цес­сы, про­те­ка­ю­щие при об­ра­бот­ке раз­лич­ных гра­ней ал­ма­за на атом­ном уров­не, до­во­ды при­во­ди­мые ис­сле­до­ва­те­ля­ми до­ста­точ­но убе­ди­тель­ны и кор­ре­ли­ру­ют с на­коп­лен­ным экс­пе­ри­мен­таль­ным ма­те­ри­а­лом по за­ви­си­мо­сти ско­ро­сти по­ли­ров­ки от ти­па гра­ни ал­ма­за и на­прав­ле­ния воз­дей­стви­я.