A tudósok létrehozták az első meteoritgyémántot

Az áttörést, amelyről július 30-án számolt be a Nature folyóirat, egy meteoritbecsapódás zúzó hőjének és nyomásának laboratóriumi újraalkotásával érték el.

A kutatók vékony korongokat formáltak a szokatlan kristályból, ami reményeik szerint utat nyit az ipari alkalmazások előtt a fúrásban, az elektronikában és még a kvantumtechnológiákban is.

Hogyan nyeri el egy köbös gyémánt az erejét?

A gyémántokat a legkeményebb természetes anyagnak tartják, erejük ismétlődő molekuláris mintázatban gyökerezik. Minden szénatom négy másikkal kapcsolódik 109,5 fokos szögben, végtelen tetraéderrácsot alkotva.

Oldalról nézve a szerkezet három ismétlődő szénatomrétegként jelenik meg – A, B és C néven ismertek –, amelyek a kő lapközpontú köbös szerkezetét adják.

Az 1960-as években a tudósok felvetették, hogy létezhet egy némileg eltérő gyémántforma. Később ilyen elrendeződésű apró, szennyezett kristályokat fedeztek fel a Canyon Diablo meteoritban, amely körülbelül 50 000 évvel ezelőtt csapódott be az arizonai sivatagba.

Egy köbös gyémánttal ellentétben a meteorit változat két kötéshosszt tartalmaz – egy rövidebbet, egy hosszabbat –, és csak két ismétlődő szénréteget, amelyeket A-val és B-vel jelölnek. Ez az eltolódás hatszögletű mintázatot hoz létre, ami a modellek szerint akár 58 százalékkal is keményebbé teheti az ásványt, mint a közönséges gyémánt.

A szkepticizmus azonban évtizedekig fennmaradt, mivel a meteoritminták túl kicsik voltak, és grafittal, köbös gyémánttal és más szénformákkal szennyeződtek. A tanulmányozáshoz elegendő nagyságú tiszta kristályok előállítása önmagában is kihívást jelentett.

Meteoritbecsapódás rekonstruálása a laboratóriumban

A megoldáshoz Wenge Yang és a Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research munkatársai egy gyémántüllő cellát használtak, amely két gyémántcsúcs közé préseli a mintát.

Tisztított grafitból kiindulva lassan összenyomták az anyagot körülbelül 20 gigapascal nyomásra – ami a Föld légkörének 200 000-szerese –, majd lézeres hőt alkalmaztak 1400 Celsius-fok (2552 Fahrenheit) fölé.

A kezelés arra kényszerítette a lapos szénlemezeket, hogy elmozduljanak és egy összecsukódott méhsejtté kötődjenek, az atomokat hatszögletű elrendezésbe rögzítve.

Az elektronmikroszkópia feltárta a várt AB-rétegződést, míg a röntgenkrisztallográfia megerősítette a hexagonális szerkezetet. Bár a kristály még tartalmazott szennyeződéseket, ez szolgáltatta az eddigi legtisztább bizonyítékot arra, hogy a hexagonális gyémánt szintetizálható.

„Ez egy jó első demonstráció” – mondta Soumen Mandal, a Cardiffi Egyetem fizikusa, aki nem vett részt a tanulmányban. Megjegyezte, hogy a nagyobb, tisztább kristályok előállítása kritikus fontosságú lesz olyan tulajdonságok teszteléséhez, mint a szilárdság, a hővezető képesség és az elektromos viselkedés.

A jövőbeli alkalmazások akár egy évtized múlva is elérhetők lesznek.

Yang csapata megerősítette, hogy az új anyag legalább olyan kemény, mint a standard gyémánt, bár a teljes keménységvizsgálathoz nagyobb mintákra van szükség. A kutatók remélik, hogy a következő évtizedben elegendő mennyiségben lehet majd kiváló minőségű hatszögletű gyémántot előállítani a valós felhasználásra.

„Célunk, hogy nagyobb, kiváló minőségű, valós alkalmazásokhoz alkalmas hatszögletű gyémántmintákat állítsunk elő” – mondta Yang. „Ezek az erőfeszítések segítenek majd a hatszögletű gyémánt tulajdonságainak az adott alkalmazásokhoz való igazításában, és utat nyitnak ipari elterjedésének.”