Odkryto nową formę węgla, która może okazać się jeszcze twardsza niż diament. Znana jako faza BC8, składająca się z ośmiu atomów w układzie centralnie umieszczonym w sześcianie, jest ona o około 30% bardziej odporna na ściskanie niż diament, dotychczas uznawany za najtwardszy stabilny materiał na Ziemi.

Fizycy z USA i Szwecji wykorzystali symulacje dynamiki molekularnej na superkomputerze, aby zbadać zachowanie diamentu pod wpływem wysokiego ciśnienia i temperatury, co pozwoliło odkryć nowe wskazówki dotyczące warunków, które mogłyby przekształcić atomy węgla w diamencie w nietypową strukturę BC8.

Faza BC8 została wcześniej zaobserwowana na Ziemi w dwóch materiałach: krzemie i germanie. Ekstrapolacja właściwości BC8 tych materiałów pozwoliła naukowcom określić, jak faza ta mogłaby się objawiać w węglu.

Teoretycznie BC8 jest najtwardszą formą węgla, która może pozostać stabilna przy ciśnieniach przekraczających 10 milionów razy ciśnienie atmosferyczne Ziemi. Jej syntetyzowanie i stabilizacja na Ziemi mogłyby otworzyć niesamowite możliwości dla badań i zastosowań materiałowych.

Diament jest uważany za tak twardy ze względu na swoją strukturę atomową, w której każdy atom węgla jest tetraedrycznie połączony z czterema najbliższymi sąsiadami. Faza BC8 zachowuje tę idealną tetraedryczną formę, ale bez płaszczyzn rozszczepienia, co czyni ją potencjalnie dużo trwalszą niż diament.

Jednak dotychczasowe próby syntezowania BC8 w laboratorium nie przyniosły sukcesu. Dzięki mocy obliczeniowej superkomputera Frontier, najszybszego na świecie, zespół badaczy opracował symulację, która opisuje interakcje między poszczególnymi atomami w bardzo szerokim zakresie warunków ciśnienia i temperatury. Wyniki ujawniły, dlaczego dotąd tak trudno było osiągnąć syntezę BC8.

Badacze obecnie prowadzą eksperymenty inspirowane teorią w Narodowym Laboratorium Zapłonu, aby osiągnąć syntezę BC8. Oznacza to, że wkrótce możemy być świadkami przełomu w dziedzinie materiałów.

Źródło: ASC Publications