Лонсдейліт із метеорита. Учені вперше синтезували рідкісну форму алмаза

Олексій Грушевський

Джерело: Nature

Науковці досягли значного прориву, вперше синтезувавши в лабораторних умовах стабільний зразок лонсдейліту — рідкісної форми алмазу, яку раніше знаходили лише в метеоритах. Цей матеріал, за прогнозами, значно перевершує за твердістю земні алмази, що відкриває нові горизонти для промисловості та передових технологій.

Головні тези:

Лонсдейліт — рідкісна форма алмазу, яку вперше синтезували у лабораторії, відкриває нові горизонти для промисловості та передових технологій.
Гексагональний алмаз має унікальну атомну структуру, що надає матеріалу на 58% більшу твердість, ніж звичайним алмазам.
Учені успішно відтворили умови утворення лонсдейліту, використовуючи алмазні ковадла та тиск близько 200 тисяч атмосфер.

Учені вперше синтезували гексагональний алмаз

В основі відкриття лежить лонсдейліт, також відомий як гексагональний алмаз. Його унікальність полягає в атомній структурі.

Якщо у звичайних алмазах атоми вуглецю утворюють кубічну кристалічну решітку з трьома повторюваними шарами, то в лонсдейліту ця структура гексагональна і складається лише з двох шарів.

Саме ця невелика відмінність, за теоретичними розрахунками, надає матеріалу на 58% більшу твердість.

Вперше кристали цього мінералу, хоч і невеликі та з домішками, виявили ще в 1960-х роках в уламках метеорита Каньйон-Діабло, що впав на території Арізони близько 50 тисяч років тому.

Проте відтворити його в лабораторії довгий час не вдавалося. Через складність отримання чистих та достатньо великих зразків для аналізу, саме існування гексагонального алмазу як стабільної структури ставилося під сумнів багатьма вченими.

Прорив здійснила команда дослідників із Центру передових досліджень науки та технологій високого тиску в Пекіні. Надихнувшись природним процесом утворення лонсдейліту під час зіткнення метеорита із Землею, вони відтворили схожі екстремальні умови в лабораторії. Для цього вчені використали комірку з алмазними ковадлами – пристрій, що стискає зразок між двома ідеально пласкими алмазними поверхнями.

Як вихідний матеріал вони взяли очищений графіт. Його повільно стискали під тиском близько 20 гігапаскалів (що еквівалентно 200 тисячам атмосфер), змушуючи пласкі шари вуглецю з'єднуватися між собою.

Потім за допомогою лазера зразок точково нагрівали до температури понад 1400 градусів, що сприяло формуванню нової, гексагональної структури. Після цього тиск повільно знижували, щоб отриманий кристал не перетворився назад на графіт.

У результаті вчені отримали невеликі, але стабільні диски гексагонального алмазу. Хоча зразки все ще містили домішки звичайного кубічного алмазу, їхню унікальну структуру підтвердили за допомогою електронної мікроскопії та рентгенівської кристалографії.

Передбачається, що вже через 10 років цей матеріал зможе замінити звичайні алмази в таких галузях, як високоточне машинобудування, бурові інструменти, високопродуктивна електроніка, квантові технології та системи управління температурою.