Физики из Австралийского национального университета смогли получить в лаборатории чистые кристаллы лонсдейлита при относительно низких температурах. Такой упрощенный подход к синтезу сверхтвердого алмаза позволит в будущем использовать его в горной промышленности. Работа исследователей опубликована в журнале Scientific Reports.
Лонсдейлит, как и алмаз, представляет собой углеродный кристалл, однако он значительно тверже своего «собрата». Теоретические расчеты показывают, что обработанный особым образом лонсдейлит будет разрушаться при давлении 152 гигапаскаля, в то время как алмазы ломаются при давлении в 97 гигапаскалей. Отличие между двумя кристаллами заключается в их структуре: элементарная ячейка алмаза содержит восемь атомов, а лонсдейлита — четыре. Однако если синтетические алмазы уже выращиваются в нескольких лабораториях, то производство лонсдейлита вызывает трудности.
Ранее считалось, что этот кристалл можно получить только из графита, однако позднее было показано, что его возможно синтезировать также и из кубического алмаза. И в том, и в другом случае это требует воздействия огромного давления сжатия и температур (около тысячи градусов Цельсия), что делает процесс производства дорогим и нецелесообразным. Кроме того, некоторые исследования показывают, что в результате образуется не «чистый» лонсдейлит, а скорее дефектный алмаз с нарушенной структурой кубической решетки.
Однако авторы новой работы заявляют о том, что они создали более простой метод синтеза лонсдейлита, который позволяет получить «чистые» кристаллы при относительно низких температурах. Для этого они использовали алмазную наковальню, в которой между двумя алмазами был зажат образец аморфного углерода. В течение двух часов он был нагрет до температуры 400 градусов Цельсия и находился под давлением 112 гигапаскалей. После этого исследователи вынули материал из наковальни и провели раманоскую спектроскопию, рентгеноструктурный анализ и электронную спектроскопию.
Анализ показал, что в эксперименте действительно удалось получить прозрачный нанокристаллический лонсдейлит с гексагональной решеткой при относительно низкой температуре. Возможно, что в будущем процесс производства удастся усовершенствовать, и ученые смогут получить более крупные образцы. Сейчас исследователи проверяют, действительно ли полученный ими лонсдейлит тверже «классического» алмаза.
Свидетельства существования лонсдейлита в природе были впервые обнаружены в 1967 году при исследовании остатков метеорита Каньон-Дьябло. Позднее его кристаллы также находили и на месте падения Тунгусского метеорита. Считается, что лонсдейлит формируется в момент столкновения небесного тела с Землей, когда находящийся в составе метеорита графит подвергается воздействию огромных температур и давления.
Однако несколько лет назад исследователи провели лабораторный эксперимент, в котором они попытались превратить графит в лонсдейлит при условиях, имитирующих те, что возникают при падении метеорита. Анализ полученных образцов показал, что они неотличимы от лонсдейлита, и показывают высокую твердость, свойственную «сверхалмазу». При этом, их структура представляла собой просто деформированную решетку алмаза, поэтому ученые тогда поставили под сомнение существование лонсдейлита в качестве индивидуальной фазы.
Тем не менее, в марте этого года физики наконец смогли напрямую увидеть формирование лонсдейлита и алмаза в результате ударного сжатия. Ученым помогли методы сверхбыстрого получения картин рентгеновского рассеяния. Работа подтвердила возможность образования лонсдейлита и алмазов при падении метеоритов.
Кристина Уласович
