На протяжении десятилетий ученые спорили о возможности существования лонсдейлита — особой формы углерода, предсказанной еще в 1962 году. В отличие от привычного кубического алмаза, где слои атомов повторяются каждые три цикла, в гексагональной структуре этот ритм сокращен до двух слоев.
Физики утверждают, что им удалось создать самый твердый алмаз на Земле
Физики из Университета Чжэнчжоу совместно с коллегами из других научных центров Китая сумели синтезировать чистые образцы гексагонального алмаза. Исследователи подвергли ориентированный графит экстремальному давлению в 20 гигапаскалей при температуре до 1900 градусов Цельсия, получив миллиметровые кристаллы, чьи свойства превосходят параметры обычных драгоценных камней. Это алмаз превосходит традиционные алмазы по твердости.
Обычный алмаз, так называемый кубический алмаз, известен как самое твердое вещество в мире. Но исследователи полагают, что гексагональный алмаз может быть еще тверже. Mats Silvan/Getty
Парадокс дифракции. Сложность идентификации гексагонального алмаза заключается в так называемом структурном сходстве. При исследовании вещества рентгеновскими лучами ученые смотрят на «рисунок» отражений. У сильно деформированного обычного алмаза этот рисунок почти идентичен гексогональному алмазу или лонсдейлиту. Чтобы доказать наличие именно гексагональной формы, нужно найти уникальные «контрольные» сигналы. В новой работе чистота и размер полученных кристаллов впервые позволили четко увидеть эти слабые маркеры, отделив реальное открытие от структурного брака.
Алмаз в необработанном виде, до того как он был извлечен из матрицы, в которой он сформировался.
Такая геометрия теоретически позволяет материалу быть на 50% тверже своего природного аналога. Долгое время сообщения об обнаружении этой фазы в метеоритах или получении ее в лабораториях натыкались на скептицизм: критики полагали, что за новую форму принимают обычный алмаз с дефектами решетки.
Но новая работа, опубликованная в журнале Nature, ставит точку в этом споре благодаря точному рентгеноструктурному анализу. «Уже были сотни заявок от людей, которые верили, что видели это, но эта работа — первая очень точная характеристика этого неуловимого материала», — отмечает Оливер Чаунер, минералог из Университета Невады, выступавший рецензентом исследования. Ученым удалось зафиксировать специфические дифракционные пики, которые невозможно спутать с шумом или искажениями кубической решетки.
Перспективы и метеоритные загадки
Кристаллические решетки алмазов.
Новый материал продемонстрировал не только исключительную твердость, но и повышенную устойчивость к окислению по сравнению с классическим алмазом. Это открывает путь к созданию инструментов нового поколения, способных работать в агрессивных средах и при сверхвысоких температурах.
Соавтор работы Чунсинь Шань из Университета Чжэнчжоу, подчеркивает практическую значимость успеха: «Этот материал обладает потенциалом для применения во многих областях, например, в режущих инструментах, материалах для управления тепловыми потоками и в квантовых датчиках».
Тем не менее, достигнутые показатели твердости пока лишь незначительно превышают обычные значения, что исследователи связывают с микроскопическими примесями кубической фазы. Если удастся добиться абсолютной чистоты синтеза, человечество получит самый твердый материал в истории. Кроме того, успех эксперимента подтверждает, что условия внутри метеоритных кратеров действительно способны порождать такие структуры, что дает новый импульс поискам природного лонсдейлита в космосе.