Метеорит подарил миру кристалл, который может переписать историю технологий

В мире материаловедения произошло событие, которое может изменить целые отрасли промышленности. Группа исследователей впервые получила крупный образец так называемого лонсдейлита — "метеоритного алмаза", структура которого делает его потенциально прочнее привычного кубического алмаза.

Загадка из космоса

Впервые кристаллы необычного строения обнаружили ещё в метеорите "Каньон Дьябло", упавшем в Аризоне около 50 тысяч лет назад. В отличие от привычной кубической формы, этот минерал имеет гексагональную решётку. По теории учёных, такое расположение атомов может увеличивать твёрдость кристалла почти на 60%.

Но воспроизвести подобный материал на Земле долгое время было невозможно. Загрязнённость образцов графитом и другими формами углерода ставила под сомнение сам факт существования лонсдейлита.

Прорыв китайских исследователей

Венге Янг и его команда из Центра передовых исследований высоких давлений и технологий в Пекине нашли решение. Они взяли очищенный графит и воссоздали условия, приближённые к метеоритному удару: использовали ячейку с алмазными наковальнями и лазерный нагрев.

"При давлении около 20 ГПа (200 000 атмосфер) плоские углеродные слои графита вынуждены смещаться и соединяться с соседними слоями, образуя изогнутую углеродную соту, характерную для гексагонального алмаза", — отметил директор проекта Венге Янг.

По его словам, лазерный нагрев выше 1400 °C облегчает этот переход.

После формирования кристаллов давление снижали постепенно, чтобы новый минерал не вернулся обратно в графит.

Проверка прочности

Для подтверждения результата учёные использовали электронные микроскопы и рентгеновскую кристаллографию. На снимках отчётливо проявились характерные слои углерода AB, указывающие на гексагональную структуру. При этом в образце сохранились и небольшие включения обычного кубического алмаза.

"Это хорошая первая демонстрация", — прокомментировал физик Кардиффского университета Соумен Мандал, не участвовавший в исследовании.

Он также добавил, что им теперь нужны чистые кристаллы и больше материала, чтобы изучать их физические и механические свойства".

По словам исследователей, даже на нынешнем этапе материал по прочности как минимум не уступает природному алмазу.

Перспективы применения

Хотя для реальных испытаний нужны более крупные образцы, команда Янга уже строит планы на будущее. В долгосрочной перспективе гексагональный алмаз может найти применение в:

• высокоточной механике,
• производстве электроники,
• квантовых технологиях,
• системах терморегулирования.

"В перспективе наша цель — производить более крупные и высококачественные образцы гексагональных алмазов, пригодные для реального применения", — добавил Венге Янг.

Учёные предполагают, что до промышленного использования может пройти около десяти лет. Но уже сегодня ясно: на горизонте появилось новое поколение сверхтвёрдых материалов.