Amorf diamant syntetiseret

Et team af Carnegie højtryksfysikere har skabt en form for kulstof, der er hård som diamant, men amorf, hvilket betyder, at den mangler den store strukturelle gentagelse af en diamants krystallinske struktur. Deres resultater er rapporteret i Naturkommunikation .

Kulstof er et element af tilsyneladende uendelige muligheder, fordi konfigurationen af ​​dens elektroner giver mulighed for adskillige selvbindende kombinationer, der giver anledning til en række materialer med varierende egenskaber.

For eksempel, nogle former for kulstof, såsom kul, er det, der kaldes amorfe, hvilket betyder, at de mangler den langsigtede gentagne struktur, der udgør en krystal.

Andre former for kulstof er krystallinske, herunder både gennemsigtige, superhårde diamanter, og blød, uigennemsigtig grafit. De har forskellige egenskaber, delvis, fordi de carbonatomer, der omfatter dem, er bundet i forskellige konfigurationer. Diamanter har en bindingsstruktur, der kaldes sp3, og kulstoffet i grafit holdes sammen med det, der kaldes sp2-bindinger.

Ændringer i konfigurationen af ​​de kulstofbindinger, der former nogen af ​​disse stoffer, kan induceres ved at ændre ydre forhold, såsom temperatur og tryk, svarende til hvordan vand fryser til is eller koger til damp.

Carnegie-teamet – inklusive hovedforfatteren Zhidan "Denise" Zeng, samt Liuxiang Yang, Qiaoshi Zeng, Yue Meng, Wenge Yang, og Ho-kwang "Dave" Mao - brugte ekstremt pres for at opdage deres nye form for amorfe diamanter.

Andre grundstoffer, der ligner kulstof - germanium og silicium - har former, der udelukkende består af ekstremt stærke sp3-bindinger og alligevel amorfe. Men indtil nu, en lignende fase af kulstof var aldrig blevet syntetiseret.

Holdet var i stand til at skabe amorf diamant ved at bringe en strukturelt uordnet form for kulstof kaldet glasagtig kulstof op på næsten 500, 000 gange normalt atmosfærisk tryk (50 gigapascal) og omkring 2, 780 grader Fahrenheit (1, 800 grader kelvin). Dette er et temperatur- og trykområde, som ikke er blevet undersøgt i bestræbelserne på at skabe amorf diamant.

Prøven, de skabte, beholdt sin strukturelle ændring og usammentrykkelighed, når den blev returneret til omgivende temperatur og tryk. Hvad mere er, sofistikerede spektroskopiværktøjer viste, at deres nye materiale har sp3-kulstofbindinger, på trods af at den er amorf og mangler en krystals rækkefølge.

"Vores amorfe diamant er tæt, gennemsigtig, superstærk og potentielt superhård med flere utrolige egenskaber, der endnu ikke er opdaget, " forklarede Zeng.

De næste trin for at undersøge denne amorfe diamants egenskaber vil være at måle dens hårdhed, styrke, optiske egenskaber, og termisk stabilitet.