Учёные смоделировали неуловимую, сверхпрочную форму углерода, которая может быть прочнее алмаза, самого твёрдого из известных материалов. Но для наблюдения за реальным объектом может потребоваться путешествие далеко за пределы нашей солнечной системы, в центр экзопланеты — а это в ближайшее время маловероятно, а возможно, и вообще невозможно.
Согласно новому исследованию, BC8, как называют сверхпрочный углерод, представляет собой кристалл с восемью атомами, который на 30% более устойчив к сжатию, чем алмазы. Учёные пытались синтезировать этот кристалл в лаборатории, но безуспешно. Новое моделирование показывает, что материал может быть создан только в узком диапазоне давлений и температур, что может сделать этот синтез возможным в будущем, сообщили эксперты в исследовании, которое было опубликовано в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters в январе.
Исследование также помогает выяснить, что может лежать в основе богатых углеродом экзопланет, которые, по прогнозам, имеют подходящие условия для формирования BC8.
«Экстремальные условия, преобладающие на этих богатых углеродом экзопланетах, могут привести к появлению структурных форм углерода, таких как алмаз и BC8, — говорится в заявлении старшего автора исследования Ивана Олейника (Ivan Oleynik), профессора физики Университета Южной Флориды. — Поэтому углубленное понимание свойств углеродной фазы BC8 становится критически важным для разработки точных внутренних моделей этих экзопланет.»
В новом исследовании Олейник и его коллеги использовали Frontier, суперкомпьютер в Вычислительном комплексе для лидеров в Ок-Ридже в Теннесси. Они провели моделирование миллиардов атомов углерода при различных давлениях и температурах, чтобы понять, как эти доступные в изобилии атомы могут превращаться в материал настолько редкий, что его никогда ранее не наблюдали.
Они обнаружили, что BC8, вероятно, очень стабилен при очень высоких давлениях — 1250 гигапаскалей и выше. Это более чем в 12 миллионов раз превышает давление атмосферы на поверхности Земли. Однако теория также предполагает, что однажды сформированный кристалл будет оставаться стабильным при температуре окружающей среды. Атомная структура BC8 похожа на структуру алмаза, но в ней отсутствуют плоскости спайности алмазов, самые слабые места драгоценных камней, сообщил в своём заявлении соавтор исследования Джон Эггерт (Jon Eggert), учёный из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL).
Вооружённые новыми знаниями о путях образования и стабильности BC8, исследователи предпринимают новые попытки синтезировать материал в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций США. Эти методы включают в себя двойную ударную обработку алмазов со скоростью более 45 тысяч миль в час (72 тыс. км/ч), а затем их сжатие под огромным давлением.
