Китайские ученые воссоздали сверхтвердые алмазы из космоса

Команда китайских исследователей разгадала тайну загадочных алмазов из метеорита Canyon Diablo. Эти уникальные кристаллы имеют гексагональную структуру вместо привычной кубической, а процесс их формирования долгое время оставался загадкой для науки.

Обычные алмазы состоят из атомов углерода, расположенных в кубической решетке, словно сложенные в куб блоки конструктора. Однако существует более редкая форма – гексагональный алмаз, где атомы выстраиваются в сотовидную структуру. Такие кристаллы образуются при столкновении метеоритов с Землей под воздействием экстремального давления и температуры.

Первый гексагональный алмаз был обнаружен внутри метеорита Diablo Canyon, который упал на территории современной Аризоны около 50 000 лет назад. Теперь объединенная группа экспертов из Центра исследований высокого давления и передовых технологий и Института оптики и точной механики Китайской академии наук заявила о успешном воссоздании этого загадочного "метеоритного алмаза" в лабораторных условиях.

Большинство алмазов формируется на глубине около 150 километров под поверхностью Земли, где температура достигает 1093 градуса Цельсия. Эти условия заставляют атомы углерода выстраиваться в кубические структуры. Метеорит Canyon Diablo содержит серию странных, инопланетных алмазов, сформировавшихся во время его бурного путешествия к Земле.

Найденные внутри метеорита алмазы обладают гексагональной кристаллической структурой, называемой лонсдейлитом. Эта структура делает их еще тверже традиционных алмазов – предположительно, на 60%. С момента открытия велись десятилетние споры о том, существуют ли метеоритные алмазы в чистом виде, или эти крошечные кристаллы представляют собой смешанные фазы кубического алмаза и графита.

Предыдущие попытки найти ответы обычно приводили к созданию обычных кубических алмазов или беспорядочных смесей. Например, одна команда частично преуспела в их синтезе, используя порох и сжатый воздух на графитовых дисках. Однако успех китайской команды, похоже, положил конец 60-летнему научному спору.

Синтез инопланетных алмазов

Согласно отчетам, команда сумела создать чистые гексагональные алмазные кристаллы шириной 100 микрометров – примерно с толщину человеческого волоса. Это удалось достичь, используя сверхчистый монокристаллический графит, так как меньшее количество примесей означало меньшую вероятность "возврата" к кубической структуре.

Ученые применили контролируемое высокое давление и температуру, а также квази-гидростатические условия, при которых давление равномерно распределяется во всех направлениях. Они также использовали рентгеновские методы во время процесса для наблюдения за трансформацией в реальном времени и корректировки условий в пользу роста гексагональных алмазов.

Прорыв считается первым макроскопическим доказательством того, что гексагональный алмаз действительно существует как отдельная, стабильная структура. Он также расширяет границы понятия "сверхтвердый", выходя за рамки свойств традиционного кубического алмаза.

Учитывая, что новый синтетический гексагональный алмаз обещает превосходную твердость и термостойкость, он может найти применение в производстве режущих инструментов, износостойких покрытий и, возможно, в электронике.