Nieuws en trends

Smeltende diamant produceert superdiamanten

30/3/2024

Vertaling: machinaal vertaald

Onder hoge druk zou diamant moeten veranderen in een nog stabielere structuur. Maar het weigert koppig om dat te doen: tot nu toe is niemand in staat geweest om de mysterieuze BC8-koolstof te produceren. Nu weten we de reden - en kunnen we het misschien omzeilen met een truc.

Diamant is een van de hardste materialen die er zijn - maar het kan nog harder. Volgens theoretische berekeningen zou diamant, als het aan extreme druk wordt blootgesteld, moeten veranderen in een nog stabieler materiaal, BC8 koolstof. Deze benaming verwijst naar de kristalstructuur, waarin de atomen op een vergelijkbare manier gebonden zijn als bij diamant, maar dan nog efficiënter verpakt. Deskundigen vermoeden dat het exotische materiaal voorkomt in de kern van bepaalde exoplaneten. In principe zou het mogelijk moeten zijn om het in het laboratorium uit diamant te maken - er is alleen één probleem: diamant hecht zich niet aan de voorspelling. Het behoudt zijn structuur, zelfs bij een druk waarbij het volgens de regels van de thermodynamica allang zou moeten zijn getransformeerd in BC8-koolstof.

Daarom heeft niemand het in het laboratorium ontdekt.

Daarom heeft niemand dit zogenaamd makkelijk verkrijgbare materiaal ooit gezien. Een onderzoeksgroep onder leiding van Ivan I. Oleynik van de Universiteit van Zuid-Florida heeft nu de waarschijnlijke reden hiervoor gevonden in hoge-resolutie simulaties van koolstof onder hoge druk. En ze suggereren een manier waarop BC8-koolstof daadwerkelijk geproduceerd zou kunnen worden. Zo meldt het team in "The Journal of Physical Chemistry Letters", bestaat er een hoge energiebarrière tussen diamant en BC8-koolstof. Dit verhindert dat diamant zich herschikt in de nieuwe structuur, ook al is het energetisch al lang gunstiger.

In feite is dit vergelijkbaar met de situatie bij normale druk: grafiet is lager in energie en daarom zou diamant er eigenlijk meteen in moeten veranderen. Maar ook hier voorkomt een energiebarrière het spontane en tragische waardeverlies van talloze verlovingsringen. Zo'n toestand wordt metastabiel genoemd: hij zou eigenlijk moeten vervallen, maar dat gebeurt nooit. En dat is precies waarom je diamant zoveel kunt persen als je wilt, het produceert gewoon geen BC8 koolstof. Echter, zeer vergelijkbaar met het vergelijkbaar exotische hexagonale diamant, is het mogelijk om het probleem te omzeilen. De simulaties van de werkgroep laten zien dat diamant kan smelten tot BC8 koolstof.

Het grappige is dat BC8 koolstof de meest stabiele structuur is, zelfs boven het smeltpunt van diamant. Daarom vormen zich meteen kleine kristallen van BC8 koolstof als de diamant smelt. Volgens de simulatie gebeurt dit bij drukken boven 1200 gigapascal - twaalf miljoen keer de atmosferische druk - en temperaturen vanaf 3700 Kelvin, wat koeler is dan het oppervlak van de zon. De experts stellen voor om diamant bloot te stellen aan twee sterke schokgolven in hogedrukexperimenten om dit bereik te verkrijgen. Deze mogelijkheid wordt momenteel onderzocht, melden ze.

Spectrum van de Wetenschap

Wij zijn partner van Spektrum der Wissenschaft en willen geluidsinformatie toegankelijker voor je maken. Volg Spektrum der Wissenschaft als je de artikelen leuk vindt.

Oorspronkelijk artikel op Spektrum.de

Omslagfoto: Shutterstock / Bjoern Wylezich

24 mensen vinden dit artikel leuk