Diamantul poate fi presat în ceva și mai dur. Iată cum!

Simulările unei molecule de carbon evazive, care pune diamantele pe locul al doilea în ceea ce privește duritatea, ar putea deschide drumul către crearea ei în laborator. Iată cum diamantul poate fi presat în ceva mai dur.

Cunoscută sub numele de faza cubică centrată pe corpul de opt atomi (BC8), configurația se așteaptă să fie cu până la 30% mai rezistentă la comprimare decât diamantul, cea mai dură materie stabilă cunoscută de pe Pământ.

• De ce ne curge nasul de la mâncarea picantă?
• Sunt alimentele fermentate bune pentru intestine sau doar delicioase?

Diamantul poate fi presat în ceva și mai dur. Dar cum? Fizicienii din SUA și Suedia au efectuat simulări moleculare cu precizie cuantică pe un supercalculator pentru a vedea cum se comportă diamantul sub presiuni ridicate când temperaturile cresc la niveluri care ar trebui să-l facă instabil, dezvăluind indicii noi cu privire la condițiile care ar putea determina atomii de carbon din diamant să treacă în structura neobișnuită.

Diamantul poate fi presat în ceva mult mai dur

Faza BC8 a fost observată anterior pe Pământ în două materiale, siliciu și germaniu. Extrapolând proprietățile BC8 observate în acele materiale, oamenii de știință au putut determina cum s-ar manifesta faza în carbon.

Faza BC8 a carbonului nu există pe Pământ, deși se crede că aceasta se găsește în cosmos în medii de presiune ridicată din interiorul exoplanetelor. Teoria sugerează că este cea mai dură formă de carbon care poate rămâne stabilă la presiuni mai mari de 10 milioane de ori decât presiunea atmosferică a Pământului. Dacă ar putea fi sintetizată și stabilizată mai aproape de casă, ar deschide unele posibilități uimitoare de cercetare și aplicații materiale, notează Science Alert.

Se crede că diamantul este atât de dur datorită structurii sale atomice. Este aranjat într-un reticul tetraedric, adică fiecare atom de carbon este legat tetraedric de cei patru vecini cei mai apropiați, potrivindu-se configurării optime a electronilor externi ai atomului de carbon.

„Structura BC8 menține această formă perfectă a celor mai apropiați vecini tetraedrici, dar fără planurile de clivaj găsite în structura diamantului. Faza BC8 a carbonului în condițiile ambiante ar fi probabil mult mai rezistentă decât diamantul”, spune fizicianul Jon Eggert, de la Laboratorul Național Lawrence Livermore (SUA).

De ce nu au reușit cercetătorii să creeze această substanță până acum?

Cu toate acestea, deși carbonul BC8 ar trebui să poată exista în condiții ambiante, încercările de a-l sintetiza în laborator au fost nereușite. Condusă de fizicianul Kien Nguyen Cong, de la Universitatea din South Florida (SUA), o echipă de cercetători a folosit puterea supercalculatoarelor pentru a încerca să afle unde greșeau acele încercări.

Supercomputerul Frontier de la Laboratorul Național Oak Ridge este în prezent cel mai rapid supercalculator din lume. Utilizând această unealtă incredibilă, echipa a dezvoltat o simulare care descrie interacțiunile dintre atomii individuali într-un interval foarte mare de condiții de presiune și temperatură. Rulând această simulare pe Frontier, oamenii de știință au putut reproduce evoluția miliardelor de atomi de carbon în condiții extreme.

Rezultatele au relevat motivul pentru care sinteza carbonului BC8 a fost atât de dificil de realizat.

„Am prezis că faza post-diamant BC8 ar fi accesibilă experimental doar într-o regiune îngustă de presiune și temperatură ridicate din diagrama de fază a carbonului”, explică fizicianul Ivan Olyenik, de la Universitatea din South Florida.

Cu alte cuvinte, există doar o regiune foarte mică de presiune și temperatură ridicate în care se poate forma carbonul BC8 și până acum experimentele nu au îndeplinit aceste condiții. Pe de altă parte, acum că știm care sunt aceste condiții, sinteza carbonului BC8 ar putea în sfârșit să fie realizabilă.

Cercetătorii sunt în prezent implicați în experimente bazate pe teorie la National Ignition Facility (SUA) pentru a face exact acest lucru.

Descoperirile au fost publicate în The Journal of Physical Chemistry Letters.

Vă recomandăm să citiți și:

Cele mai puternice câmpuri magnetice ar putea fi chiar aici pe Pământ

Un metamaterial din titan imprimat 3D a rezolvat o veche problemă de inginerie

Primul test pe oameni arată că „un material minune” poate fi dezvoltat în condiții de siguranță

Record de conversie a energiei, atins cu celule solare semitransparente