
超級計算機模擬顯示了鑽石和BC8超級鑽石形成的條件,與石墨烯中發現的六邊形結構相比,此處顯示的結構如下所示。
圖片來源:Mark Meamber/llnl
鑽石是現存最難的物質而聞名的,這種地位最近遇到了一些挑戰。從理論上講,安排碳原子的方式的變化應該使一些困難的事情變得更加困難,但是到目前為止,還沒有人達到製作所謂的“超級鑽石”所需的壓力。但是,這可能會改變,但是計算機建模指示可能需要的條件。
鑽石的強度來自於每個碳原子通過共價鍵連接到其最近的四個鄰居的方式,從而產生了異常緊密的原子。著名的是,純碳原子可以通過多種方式整理自己,這就是為什麼您會得到諸如此類的材料Buckyballs和石墨烯。
關於外來材料是否可以使用鑽石的辯論繼續硝化硼, 但 有一種將碳原子結合在一起的方法,理論上比傳統的鑽石佈置強。這被稱為八原子以身體為中心的立方體(BC8),估計比普通鑽石可抵抗30%的壓縮。
肯定會有這種材料的工業需求,但是人們認為,將至少1000萬個氣氛(一萬億帕斯卡)的壓力形成這種形狀。但是,一旦製造,它們應該在更正常的條件下保持穩定。實驗室已經設法達到了一些以前預測的估計會產生BC8鑽石的條件,只是發現這些鑽石太樂觀了,這使科學家們想知道壓力需要多少。
如果人類尚未設法達到如此極端的條件來製造超級鑽石,則可能也可能沒有。這可能在地球上是正確的,但是人們認為某些系外星球(行星繞其他恆星)可能非常富含碳。像這樣的世界中心的壓力很容易滿足要求。
南佛羅里達大學的伊万·奧利尼克(Ivan Oleynik)教授在一項陳述。 “因此,對BC8碳相的性質的深入了解對於這些系外行星的準確內部模型的發展至關重要。”
BC8也可以存在於矽和鍺,即元素週期表上碳下方的元素,並且已經產生。 Oleynik及其同事利用我們對其生產的了解,創建了計算機模型,以探索使其在碳中發生的需要。
所涉及的計算是巨大的,但是使用邊境,世界上最快的Exascale超級計算機,團隊認為他們已經確定了使數十億個原子以所需的方式融合在一起所需的條件。 Oleynik說:“我們預測,後鑽石BC8相只能在碳相圖的狹窄高壓高溫區域內實驗訪問。”
具體而言,在精確溫度下可能需要1,050,000,000 pascals的壓力,大概約為6,000K。甚至更高的壓力將擴大潛在的溫度範圍,但不會大大增加。為了到達那裡,該計劃預測,普通鑽石將融化成亞穩態的超冷碳液體,從中形成BC8。喜歡超冷水中的冰顆粒,BC8晶體將遇到很大的麻煩,但是一旦形成一個,就會通過成核迅速生長。
地球上的任何設備是否應對實現這一目標的挑戰仍有待觀察。
如果可以的話,作者認為BC8碳的作用可能不僅僅是超過鑽石對壓力的抵抗力。勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore)國家實驗室的合著者喬恩·埃格特(Jon Eggert)博士說:“ BC8結構保持了這種完美的四面體近鄰居形狀,但沒有鑽石結構中發現的裂解平面。”儘管製作這樣的事情的成本巨大,但這種韌性可能是無價的,並提供了有關行星內部與此類核心的內部運作的課程。
該研究發表在物理化學雜誌。