Алмаз можно превратить в более твердый материал: физики выяснили, как это сделать

Фото: ScienceAlert

Авторы нового исследования, опубликованного в журнале Journal of Physical Chemistry Letters, представили результаты своих экспериментов, которые прокладывают путь к созданию материалов, более твердых, чем алмаз. Физики считают, что конфигурация углерода под названием восьмиатомная центрированная кубическая фаза (BC8), будет на 30% более твердой, чем алмаз. Последний является самым твердым из известных стабильных материалов на Земле, пишет ScienceAlert.

Физики создали моделирование на суперкомпьютере, чтобы увидеть, как алмаз ведет себя под высоким давлением, когда температура повышается до такого уровня, что это делает его нестабильным. Это дало возможность узнать об условиях, которые приводят к тому, что атомы углерода в алмазе приобретают необычную структуру.

Физики ранее наблюдали фазу BC8 в кремнии и германии. Они использовали эти данные, чтобы определить, как эта фаза будет проявляться в углероде. На Земле не существует фаза углерода BC8, но физики считают, что она скрывается в недрах экзопланет, где очень высокое давление. Считается, что эта фаза углерода является самой твердой, которая может оставаться в стабильном состоянии даже при давлении, превышающем земное атмосферное давление в 10 млн раз. Если эту форму углерода удастся синтезировать, то это даст возможность создать еще более твердый материал, чем алмаз.

По словам ученых, алмаз является самым твердым материалом на Земле из-за того, что имеет особенную структуру атомов углерода. Они расположены в виде четырехгранной решетки, где каждый атом углерода связан с четырьмя ближайшими атомами. Эта конфигурация атомов соответствует положению электронов в самом атоме углерода.

Авторы исследования говорят, что структура BC8 сохраняет идеальную четырехгранную форму, но отличается от структуры алмаза. Ученые предполагают, что фаза углерода BC8 в условиях окружающей среды, будет намного прочнее, чем алмаз. До сих пор попытки синтезировать фазу углерода BC8 не увенчались успехом. Поэтому ученые создали моделирование, чтобы понять, что же пошло не так.

Моделирование описывает взаимодействие между отдельными атомами в условиях с очень широким диапазоном уровней давления и температуры. В результате с помощью суперкомпьютера физики смогли воспроизвести эволюцию миллиардов атомов углерода в экстремальных условиях. Это моделирование показало причину, по которой не удалось синтезировать форму углерода BC8.

Физики выяснили, что более твердая форма углерода, чем алмаз, может существовать лишь в очень узком диапазоне высокого давления и высокой температуры. До сих пор подобные условия не были созданы при попытке синтеза формы углерода BC8.

Авторы исследования говорят, что теперь есть шанс, что синтез углерода BC8 все же можно будет осуществить и уже начались эксперименты. Возможно, это научный прорыв случится уже в ближайшее время.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист AOinform