Ученые создали супералмаз с уникальной структурой

Ученые впервые получили новую, более твердую форму алмаза — гексагональный алмаз (HD) беспрецедентной чистоты —  пишет « Hi-Tech_Mail.ru ».  

Светлана Левченко

Автор новостей

Этот материал отличается уникальной структурой и существенно превосходит обычный алмаз с кубической кристаллической решеткой по прочности и другим механическим характеристикам. Результаты работы специалистов из Китая открывают новую эру в исследовании углеродных материалов с исключительными физическими свойствами.

Гексагональный алмаз, также известный как лонсдейлит, ранее был найден только в природе — например, в метеорите Каньон Диабло. Его происхождение связывают с экстремальными условиями: очевидно, высокая температура и давление при падении метеорита трансформировали графит в структуру HD. Однако воспроизвести эти условия в лаборатории оказалось чрезвычайно сложно. Полученные ранее китайскими и американскими специалистами образцы были слишком малы или содержали значительные примеси, не позволяя точно изучить свойства HD. Новая работа радикально меняет ситуацию.

Команда ученых применила усовершенствованную методику, при которой высококачественные монокристаллы гексагонального графита подвергались равномерному сжатию и нагреву в специально созданной квазигидростатической среде. Используя алмазную наковальню и прессовую установку, они добились минимальных вариаций напряжения при обработке материала. Это позволило впервые получить гексагональный алмаз в виде массивного образца, который сохранил структуру и свойства даже при обычных условиях окружающей среды.

Результат превзошел ожидания: материал оказался почти идеально чистым, с высокой упорядоченностью структуры. Электронная микроскопия высокого разрешения и спектроскопия подтвердили полное превращение углеродных связей из sp2 (характерных для графита) в sp3 (типичных для алмаза). При этом межслоевые связи в HD оказались более короткими и прочными, чем в обычном кубическом алмазе — именно это, по мнению авторов, делает HD потенциально более твердым материалом.

Тесты на микротвердость по Виккерсу показали, что гексагональный алмаз демонстрирует чуть более высокие показатели сопротивления пластической деформации по сравнению с кубическим алмазом, который долгое время считался самым твердым материалом на Земле. Это подтверждает, что HD действительно представляет собой самостоятельную фазу углерода с выдающимися механическими характеристиками.

Ученые уверены, что тонкая настройка параметров давления и температуры, а также дополнительная очистка графитового прекурсора позволят в будущем получать HD еще более высокого качества, с потенциально революционными свойствами. Благодаря этим открытиям гексагональный алмаз может стать основой для создания настоящих материалов будущего, котором непременно найдется применение в сфере квантовых технологий, а также для создания биосенсоров и бурового оборудования. Материал, который долгое время оставался лишь теорией или уникальной природной находкой, теперь становится реальностью — и, возможно, со временем заменит традиционный алмаз в самых сложных и требовательных инженерных задачах.

Ранее в России разработали новый алмазный транзистор: узнайте, зачем он нужен.