Лонсдейлит из метеорита. Ученые впервые синтезировали редкую форму алмаза

Алексей Грушевский

Источник: Nature

Ученые достигли значительного прорыва, впервые синтезировав в лабораторных условиях стабильный образец лонсдейлита — редкой формы алмаза, ранее находившейся только в метеоритах. Этот материал, по прогнозам, значительно превосходит по жесткости земные алмазы, что открывает новые горизонты для промышленности и передовых технологий.

Главные тезисы

Ученые впервые синтезировали стабильный образец лонсдейлита, редкой формы алмаза, открыв новые возможности для промышленности и технологий.
Гексагональный алмаз обладает уникальной жесткостью на 58% большей, чем у обычных алмазов, что делает его ценным материалом для различных областей применения.

Ученые впервые синтезировали гексагональный алмаз

В основе открытия лежит лонсдейлит, также известный как гексагональный алмаз. Его уникальность состоит в атомной структуре.

Если в обычных алмазах атомы углерода образуют кубическую кристаллическую решетку с тремя повторяющимися слоями, то у лонсдейлита эта структура гексагональна и состоит только из двух слоев.

Именно это небольшое отличие, по теоретическим расчетам, придает материалу на 58% большую жесткость.

Впервые кристаллы этого минерала, хоть и небольшие и с примесями, обнаружили еще в 1960-х годах в обломках упавшего на территории Аризоны метеорита Каньон-Диабло около 50 тысяч лет назад.

Однако воспроизвести его в лаборатории долгое время не удавалось. Из-за сложности получения чистых и достаточно больших образцов для анализа само существование гексагонального алмаза как стабильной структуры ставилось под сомнение многими учеными.

Прорыв совершила команда исследователей из Центра передовых исследований науки и технологий высокого давления в Пекине. Вдохновившись естественным процессом образования лонсдейлита при столкновении метеорита с Землей, они воспроизвели схожие экстремальные условия в лаборатории. Для этого ученые использовали ячейку с алмазными наковальнями — устройство, сжимающее образец между двумя идеально плоскими алмазными поверхностями.

В качестве исходного материала они взяли очищенный графит. Его медленно сжимали под давлением около 20 гигапаскалов (что эквивалентно 200 тысячам атмосфер), заставляя плоские слои углерода соединяться между собой.

Затем с помощью лазера образец точечно нагревали до температуры более 1400 градусов, что способствовало формированию новой гексагональной структуры. После этого давление медленно снижали, чтобы полученный кристалл не превратился обратно в графит.

В результате, ученые получили небольшие, но стабильные диски гексагонального алмаза. Хотя образцы все еще содержали примеси обычного кубического алмаза, их уникальную структуру подтвердили с помощью электронной микроскопии и рентгеновской кристаллографии.

Предполагается, что уже через 10 лет этот материал сможет заменить обычные алмазы в таких отраслях как высокоточное машиностроение, буровые инструменты, высокопроизводительная электроника, квантовые технологии и системы управления температурой.