Międzynarodowy zespół fizyków ze Stanów Zjednoczonych i Szwecji w ramach swojego najnowszego projektu naukowego analizował zachowanie diamentów w warunkach temperatury i ciśnienia, które mogłyby zdestabilizować ich strukturę i doprowadzić do ich uszkodzenia. Do badań tego typu naukowcy musieli wykorzystać bardzo zaawansowane symulacje, które następnie prowadzono na najszybszym superkomputerze na świecie. Co jednak najciekawsze, fizykom udało się ustalić sposób tworzenia diamentów, które byłyby kilkadziesiąt procent twardsze od diamentów dostępnych na powierzchni Ziemi.
Nie ma tutaj jednak żadnego zaskoczenia. Od strony teoretycznej bowiem naukowcy wiedzą, że powinna istnieć taka faza pierwiastka, który byłby do 30 proc. wytrzymalszy od diamentu. Mowa tutaj o wersji diamentu, który ma konfigurację atomów określaną mianem BC8. Jak dotąd na Ziemi znaleziono w tej konfiguracji jedynie krzem oraz german. Kiedy badacze podjęli się ekstrapolacji własności tych konkretnych form krzemu i germanu na własności węgla, doszli do wniosku, że w fazie BC8 byłby on znacząco wytrzymalszy od diamentu.
Czytaj także: Naukowcy dodali grafen do diamentu. Zmienił się nie tylko jego wygląd
Problem jednak w tym, że o ile krzem i german występują w tej fazie na Ziemi, o tyle węgiel już nie. Owszem, węgiel BC8 może powstawać naturalnie we wszechświecie, ale do tego konieczne są warunki występujące we wnętrzach planet masywniejszych od Ziemi, np. w superziemiach, które akurat nie mają swojego odpowiednika w Układzie Słonecznym.
Szacuje się, że węgiel BC8 byłby w stanie utrzymać stabilność swojej struktury pod ciśnieniem nawet 10 milionów razy większym od ciśnienia na powierzchni Ziemi. Nic zatem dziwnego, że naukowcy zaczęli się zastanawiać, czy nie dałoby się takiego pierwiastka zsyntetyzować na powierzchni Ziemi, szczególnie że teoria wskazuje, iż byłby w stanie on zachować stabilność w warunkach otoczenia. Próby zsyntetyzowania takiego diamentu BC8 były podejmowane już wielokrotnie, jednak nie przyniosły żadnych skutków.
To właśnie tutaj pojawił się pomysł opracowania symulacji kwantowych, które mogłyby nam pokazać na poziomie atomowym, dlaczego wszystkie próby zakończyły się niepowodzeniem.
Czytaj także: Oto najtwardszy materiał znany nauce. Wcale nie chodzi o diament
Do rozwiązania zagadki naukowcy wykorzystali Frontier, najszybszy superkomputer na świecie znajdujący się w Oak Ridge National Laboratory. Za jego pomocą udało się przeprowadzić symulację interakcji między poszczególnymi atomami struktury diamentu w różnych warunkach ciśnienia i temperatury. Warto tutaj podkreślić, że wykorzystanie superkomputera Frontier pozwoliło odtworzyć ewolucję miliardów atomów węgla w różnych warunkach.
Badania okazały się owocne. Ku zaskoczeniu badaczy superkomputer wykazał, że diament przyjmuje strukturę BC8 jedynie pod wpływem bardzo wąskiego zakresu ciśnienia i temperatury. Jeżeli jeden z tych parametrów będzie wykraczał poza owe wąskie granice, diament nie przejdzie w fazę BC8. Skoro jednak teraz już znamy oba wąskie zakresy, istnieje szansa na to, że w końcu uda się stworzyć diament znacznie twardszy od diamentu. Eksperymenty mające właśnie taki cel już trwają.
