Hiilestä on olemassa kaksi kiinteää muotoa, timantti ja elektroniikassa paljon tutkittu grafeeni. Nyt Pohjois-Carolinan yliopiston tutkijat ovat löytäneet hiilen kolmannen kiinteä olomuodon. Sille on annettu nimeksi Q-hiili.
Q-hiili omaa timantinkaltaisia ominaisuuksia. Tutkijoiden mukaan luonnossa vastaavaa materiaalia voisi löytyä esimerkiksi vain planeettojen ytimestä.
Q-hiilellä on joitakin muista kiinteistä hiilistä poikkeavia ominaisuuksia. Se on esimerkiksi ferrosähköinen, mitä muut hiilet eivät ole. Q-hiili on myös timanttia kovempaa ja se loistaa, kun siihen kohdistetaan alhaisiakin määriä energiaa.
Nämä ominaisuudet – vahvuus ja halu luovuttaa elektroneja – tekevät Q-hiilestä mielenkiintoisen myös elektroniikan kannalta. Tutkijoiden mukaan sillä voisi olla käyttöä tulevaisuuden näyttötekniikkana.
Q-hiiltä valmistetaan huoneenlämpötilassa. Liikkeelle lähdetään alustakalvosta, joka voi olla safiiria, lasia tai polymeeriä. Alustakalvo päällystetään amorfisella hiilellä, jolla ei ole säännöllistä kiderakennetta. Hiilikalvoon kohdistetaan noin 200 nanosekuntia kestävä laserpulssi, jonka aikana sen lämpötila nousee 3727 asteeseen.
Tämän jälkeen kalvo jäähdytetään yhden ilmakehän paineessa eli normaalipaineessa. Tuloksena on kalvo Q-hiiltä. Kalvon paksuus voidaan valmistuksessa määrittää 20-500 nanometrin paksuiseksi.
Kun kalvon jäähtymistä voidaan lisäksi kontrolloida, Q-hiilestä saadaan luotua erilaisia timanttirakenteita. Näillä saattaa olla hyvin erilaisia ominaisuuksia, joita tulevaisuuden elektroniikassa voidaan hyödyntää.
Tutkijat korostavat, että he ovat hyvin alkuvaiheessa Q-hiilen tutkimuksessa. He eivät esimerkiksi vielä tiedä, miten voidaan valmistaa Q-hiilinanopisteitä.