Китайские учёные впервые получили чистые образцы гексагонального алмаза — материала, о котором долго говорили как об экзотической и крайне твёрдой форме углерода. Маленькие, но однородные кусочки позволили измерить механические свойства лонсдейлита напрямую и подтвердили: он твёрже и жёстче привычного кубического алмаза.
Почему это важно
Обычный алмаз, или кубический алмаз, долгое время считался эталоном твёрдости и служит верхней точкой Мооса. Гексагональная форма карбона — лонсдейлит — предлагалась теоретиками ещё в 1960-х, а в 1967 году похожие структуры обнаружили в метеоритах. Но в природе и в лабораторных образцах лонсдейлит обычно смешан с кубическим алмазом, графитом и другими примесями. Отсутствие чистых образцов мешало измерить его истинные свойства и оценить практические возможности применения.
Как получили и что измерили
Команда сжала упорядоченный графит в течение 10 часов при давлении порядка 20 гигапаскалей — это примерно 200 000 атмосфер — и при температуре от 1 300 до 1 900 °C. На выходе появились несколько чистых образцов диаметром около 1,5 миллиметра — достаточно крупные, чтобы проводить испытания твердости, жёсткости и устойчивости к окислению.
Измерения показали, что гексагональный алмаз и жёстче, и твёрже кубической формы. Кроме того, лонсдейлит значительно более устойчив к окислению: его поверхность выдерживает более высокие температуры, не «прикипая» и не разрушаясь при контакте с кислородом так быстро, как кубический алмаз. При ещё более высоких температурах и давлениях гексагональная фаза начинает переходить в привычную кубическую структуру.
Что это даёт технологиям и науке
Повышенная жёсткость и термостойкость открывают перспективы для промышленных задач, где сейчас доминируют алмазные инструменты: бурение, резка, абразивные покрытия. Лонсдейлит также может пригодиться в материалах для отвода тепла в электронике и в квантовых сенсорах — благодаря структурным особенностям углерода в шестиугольной решётке.
Авторы описывают полученную процедуру как практическую стратегию для производства гексагонального алмаза в более крупных объёмах, что теоретически снимет главное ограничение на изучение материала и его внедрение в промышленность: нехватку чистых образцов.
Возвращение к метеоритам и далёким телам
Гексагональный алмаз давно искали в метеоритах класса уреилитов — остатках разрушенных карликовых планет и астероидов. Первые находки датируются 1967 годом, когда в образцах Canyon Diablo и Goalpara выявили компоненты, похожие на лонсдейлит. Однако часть учёных утверждала, что те сигналы могли быть следствием искажённого или хаотично уложенного кубического алмаза. Новые чистые образцы и прямые измерения материалов открывают путь к однозначной идентификации гексагонального алмаза в космических образцах и к лучшему пониманию условий их образования.
Получение чистых капель лонсдейлита — маленький, но важный шаг: материал доказал свою реальность и уникальные свойства. Следующий этап — масштабирование производства и изучение долговечности и поведения гексагонального алмаза в реальных промышленных условиях.
