Almaz məlum olan ən möhkəm materialdır. Bununla belə, karbonun başqa bir formasının almazdan daha sərt olacağı proqnozlaşdırılır. Problem onu ​​Yer üzündə necə yaratmaqdır.

Səkkiz atomlu bədən mərkəzli kub (BC8) kristalı fərqli bir karbon mərhələsidir: almaz deyil, çox oxşardır. BC8-in almazdan 30% daha çox sıxılma müqaviməti göstərən daha güclü material olacağı proqnozlaşdırılır. Onun karbonla zəngin ekzoplanetlərin mərkəzində tapıldığı güman edilir. Əgər BC8 ətraf mühit şəraitində bərpa oluna bilsəydi, o, super almaz kimi təsnif edilə bilər.

Karbonun bu kristal yüksək təzyiq fazası nəzəri olaraq 10 milyon atmosferi aşan təzyiqlər altında karbonun ən sabit fazası olacağı proqnozlaşdırılır.

Cənubi Florida Universitetinin (USF) fizika professoru və bu yaxınlarda dərc olunmuş məqalənin baş müəllifi İvan Oleynik, “Ətraf mühit şəraitində karbonun BC8 fazası almazdan daha sərt ola biləcək yeni super sərt material olardı” dedi. Fiziki Kimya Məktubları Jurnalında .

Tədqiqatda iştirak edən Lawrence Livermore Milli Laboratoriyasının (LLNL) alimi Marius Millot, “Bu çətin karbon kristal fazasını sintez etmək üçün edilən çoxsaylı səylərə, o cümlədən əvvəlki Milli Alovlanma Mexanizminin (NIF) kampaniyalarına baxmayaraq, hələ də müşahidə edilməmişdir” dedi. “Ancaq biz onun karbonla zəngin ekzoplanetlərdə mövcud ola biləcəyinə inanırıq.”

Son astrofizik müşahidələr karbonla zəngin ekzoplanetlərin mövcudluğunu ehtimal edir. Əhəmiyyətli kütləsi ilə xarakterizə olunan bu göy cisimləri dərin daxili hissələrində milyonlarla atmosferə çatan nəhəng təzyiqlərə məruz qalırlar.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=780081655&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&fwrn=4&lmt=1711910905&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-03-supercomputer-simulations-super-diamond-path.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTIzLjAuNjMxMi44NiIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTIzLjAuNjMxMi44NiJdLFsiTm90OkEtQnJhbmQiLCI4LjAuMC4wIl0sWyJDaHJvbWl1bSIsIjEyMy4wLjYzMTIuODYiXV0sMF0.&dt=1711910905413&bpp=1&bdt=3286&idt=223&shv=r20240327&mjsv=m202403250101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D5d346f5e5cc96c83%3AT%3D1711816817%3ART%3D1711816817%3AS%3DALNI_MZdbuKX3JkLTYIASzwYTqXQsnfO5g&gpic=UID%3D00000d8601a1b778%3AT%3D1711816817%3ART%3D1711816817%3AS%3DALNI_MaQelh7liNnsBkMosJkThXBNbKuJw&eo_id_str=ID%3D3c61c6284063652a%3AT%3D1711816817%3ART%3D1711816817%3AS%3DAA-AfjZTZ5YTcMfFebI4RXZlGycf&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=1903314147382&frm=20&pv=1&ga_vid=1802142616.1711809852&ga_sid=1711910906&ga_hid=827331988&ga_fc=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=1962&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759875%2C44759926%2C44759842%2C31082031%2C95320378%2C95321867%2C95328825%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=1743458120443500&tmod=751381899&uas=0&nvt=3&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fweekly-news%2Fpage2.html&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=238

“Nəticədə, bu karbonla zəngin ekzoplanetlərdə hökm sürən ekstremal şərait almaz və BC8 kimi karbonun struktur formalarının yaranmasına səbəb ola bilər”, – Oleynik bildirib. “Buna görə də, BC8 karbon fazasının xassələrinin dərindən başa düşülməsi bu ekzoplanetlərin dəqiq daxili modellərinin inkişafı üçün kritik əhəmiyyət kəsb edir.”

BC8 həm silikonun, həm də germaniumun yüksək təzyiqli fazasıdır və ətraf mühit şəraitində bərpa oluna bilir və nəzəriyyə göstərir ki, BC8 karbonu da ətraf mühit şəraitində sabit olmalıdır.

LLNL alimi və həmmüəllifi Jon Eggert, almazın bu qədər sərt olmasının ən mühüm səbəbinin almaz strukturunda dörd ən yaxın qonşu atomun tetrahedral formasının sütun-14 elementindəki dörd valent elektronun optimal konfiqurasiyasına mükəmməl uyğunlaşması olduğunu söylədi. dövri cədvəldə (karbondan başlayaraq, silikon və germaniumdan sonra).

“BC8 quruluşu bu mükəmməl tetrahedral ən yaxın qonşu formasını saxlayır, lakin almaz strukturunda olan parçalanma təyyarələri olmadan” dedi Eggert və Oleyniklə razılaşaraq, “mühit şəraitində karbonun BC8 fazası almazdan daha sərt olacaq” dedi.

Dünyanın ən sürətli examiqyaslı superkompüteri olan Frontier-də çoxmilyonlu atom molekulyar-dinamik simulyasiyalar vasitəsilə komanda almazın termodinamik sabitlik diapazonunu əhəmiyyətli dərəcədə üstələyərək çox yüksək təzyiqlərdə həddindən artıq metastabilliyini aşkar etdi.

Müvəffəqiyyətin açarı yüksək təzyiq və temperatur şəraitində geniş diapazonda misli görünməmiş kvant dəqiqliyi ilə fərdi atomlar arasında qarşılıqlı əlaqəni təsvir edən çox dəqiq maşın öyrənən interatomik potensialın inkişafı idi.

“Bu potensialı GPU əsaslı (qrafik emal vahidi) Sərhəddə səmərəli şəkildə tətbiq etməklə, biz indi ekstrimal şəraitdə milyardlarla karbon atomunun zaman təkamülünü eksperimental vaxt və uzunluq miqyasında dəqiq simulyasiya edə bilərik” dedi Oleynik. “Biz almazdan sonrakı BC8 fazasının yalnız karbon faza diaqramının dar, yüksək təzyiqli, yüksək temperatur bölgəsində eksperimental olaraq əlçatan olacağını proqnozlaşdırırdıq.”

Əhəmiyyəti ikiqatdır. Birincisi, o, əvvəlki təcrübələrin karbonun çətin BC8 fazasını sintez edə və müşahidə edə bilməməsinin səbəblərini aydınlaşdırır. Bu məhdudiyyət BC8-in yalnız çox dar təzyiq və temperatur diapazonunda sintez oluna bilməsindən irəli gəlir.

Bundan əlavə, tədqiqat BC8 sintezinin mümkün olduğu bu yüksək məhdud sahəyə daxil olmaq üçün əlverişli sıxılma yollarını proqnozlaşdırır. Oleynik, Eggert, Millot və başqaları hazırda NIF-də Discovery Science çəkiliş ayırmalarından istifadə edərək bu nəzəri yolları araşdırmaq üçün əməkdaşlıq edirlər.

Komanda bir gün laboratoriyada BC8 super almazını yetişdirməyi xəyal edir, əgər onlar fazanı sintez edə bilsələr və sonra BC8 toxum kristalını ətraf mühitə qaytara bilsələr.

Daha çox məlumat: Kien Nguyen-Cong et al, Almazın həddindən artıq metastabilliyi və onun karbonun BC8 almazdan sonrakı fazasına çevrilməsi, Fiziki kimya məktubları jurnalı (2024). DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c03044

Jurnal məlumatı: Fiziki Kimya Məktubları Jurnalı 

Lawrence Livermore Milli Laboratoriyası tərəfindən təmin edilmişdir