Исследователи из Китая получили самую редкую форму алмаза с гексагональной структурой
Китайские исследователи совершили прорыв в области материаловедения, впервые синтезировав миллиметровые кристаллы чистого гексагонального алмаза, который считается самой редкой формой этого минерала на Земле. На протяжении десятилетий ученые спорили о существовании и свойствах этого неуловимого материала, который ранее находили лишь в микроскопических количествах на местах падения метеоритов, что порождало сомнения: является ли он отдельным веществом или лишь дефектной версией обычных алмазов. Команда физиков под руководством Чунсинь Шаня из Чжэнчжоуского университета использовала метод высоких давлений и высоких температур (HPHT), чтобы превратить графит в гексагональный алмаз. Они сжали графит между наковальнями из карбида вольфрама под давлением в 20 гигапаскалей, что примерно в 200 тысяч раз превышает атмосферное давление Земли, и нагрели его почти до 2000 градусов Цельсия.
В то время как обычные бриллианты, используемые в ювелирных украшениях, имеют кубическую кристаллическую решетку, гексагональные алмазы (также известные как лонсдейлит) обладают шестигранной атомной структурой. Считается, что благодаря более коротким и прочным связям между слоями углерода этот материал может быть тверже кубических алмазов. Теоретические предсказания указывали на то, что лонсдейлит может превосходить их по твердости до 50%. Полученные китайской командой кристаллы достигли размера около одного миллиметра в ширину, что позволило впервые детально изучить их свойства. Для подтверждения чистоты материала ученые применили рентгеновскую дифракцию и атомно-силовую микроскопию.
Испытания подтвердили, что гексагональные алмазы обладают большей жесткостью и устойчивостью к окислению по сравнению с традиционными. Однако, к удивлению исследователей, их твердость оказалась лишь незначительно выше, чем у обычных алмазов, что не соответствует ранним теориям, обещавшим 50-процентное превосходство. Это означает, что теоретические представления о пределах прочности углерода, возможно, нуждаются в уточнении. По словам профессора Шаня, новый материал представляет огромный интерес благодаря своему потенциалу в самых разных областях: от создания режущих инструментов и материалов для терморегуляции до квантовых сенсоров.
Возможность надежного получения чистых гексагональных алмазов открывает новые горизонты для промышленности. Благодаря своей повышенной жесткости и термостойкости этот материал в будущем может заменить кубические алмазы в сложной механической обработке, бурении глубоких скважин и прецизионном производстве. Помимо промышленного применения, это достижение имеет огромное значение для геологов, предоставляя важный «минералогический маркер». Понимание условий формирования таких алмазов в экстремальных условиях помогает ученым восстанавливать историю метеоритных ударов о Землю и другие планеты. Несмотря на то, что в прошлом подобные заявления встречали скептицизм, создание китайской командой миллиметровых кристаллов с четкой структурой знаменует собой значительный шаг вперед в науке о материалах.
Результаты исследования были в журнале Nature.