Кристаллическая структура выдерживает давление, в пять раз превышающее давление ядра Земли.
В серии новых экспериментов ученые обнаружили, что алмазы сохраняют свою кристаллическую структуру при давлении, в пять раз превышающем давление ядра Земли.
Это противоречит предсказаниям о том, что алмаз должен трансформироваться в еще более устойчивую структуру при чрезвычайно высоком давлении, предполагая, что алмаз придерживается формы в условиях, когда другая структура будет более стабильной, которая называется "метастабильной". Это открытие имеет значение для моделирования сред высокого давления, таких как ядра богатых углеродом планет.
Углерод настолько распространен, насколько это возможно. Это четвертый по распространенности элемент во Вселенной, и его можно найти в экзопланетах, звездах и пространстве между ними. Это также главный ингредиент всей известной жизни на Земле. Без него мы бы не существовали; вот почему мы называем себя углеродной жизнью.
Таким образом, углерод представляет большой интерес для всех ученых. Однако одно место, где можно найти углерод - ядра богатых углеродом экзопланет-очень трудно изучать. Высокое давление, присутствующее там, трудно воспроизвести, а когда оно достигнуто, сжатый материал трудно исследовать.
Мы знаем, что углерод имеет несколько аллотропов или разновидностей структур при атмосферном давлении, которые имеют существенно различные физические свойства. Уголь, графит и алмаз образуются при различных давлениях, а алмаз образуется при более высоких давлениях глубоко под землей, начиная с 5 или 6 гигапаскалей.
Давление в ядре Земли составляет около 360 гигапаскалей. При еще более высоком давлении - около 1000 гигапаскалей, что чуть более чем в 2,5 раза превышает давление ядра Земли - ученые предсказали, что углерод снова превратится в несколько новых структур, которые мы никогда раньше не видели и не создавали.
Один из способов достижения безумно высоких давлений предполагает использование алмазной наковальни и ударное сжатие. Используя этот метод, углеводороды подвергались воздействию 45 000 гигапаскалей. Этот метод имеет тенденцию разрушать образец до того, как его структура может быть исследована. Группа ученых во главе с физиком Эми Лазика Джини из национальной лаборатории Лоуренса Ливермора нашла другой способ сделать эту работу. Они использовали косые лазерные импульсы для сжатия твердого образца углерода до давления 2000 гигапаскалей. В то же время для изучения кристаллической структуры образца использовалась рентгеновская дифракция с временным разрешением наносекундной длительности.
Это более чем удвоило предыдущее давление, при котором материал был исследован с помощью рентгеновской дифракции. И результат удивил команду. "Мы обнаружили, что, как ни удивительно, в этих условиях углерод не превращается ни в одну из предсказанных фаз, но сохраняет структуру алмаза до самого высокого давления", - сказал Джини.
"Те же сверхсильные межатомные связи (требующие высокой энергии для разрыва), которые ответственны за метастабильную алмазную структуру углерода, которая сохраняется бесконечно при атмосферном давлении, также, вероятно, предотвратят его трансформацию выше 1000 гигапаскалей в наших экспериментах."
Другими словами, алмаз не превращается в графит, когда его извлекают из глубоких подземелий: от более высокого давления к более низкому. Сила, препятствующая этой реверсии, может быть причиной того, что алмаз не перестраивается в другой аллотроп при еще более высоких давлениях, чем те, в которых он образовался. Это открытие может изменить то, как ученые моделируют и анализируют богатые углеродом экзопланеты, включая мифические алмазные планеты.
Между тем, предстоит еще много работы, чтобы понять результат. Команда не совсем уверена, почему алмаз так прочен - потребуются дополнительные исследования, чтобы выяснить, почему алмаз метастабильен в широком диапазоне давлений.
"Нашла ли природа способ преодолеть высокоэнергетический барьер для образования предсказанных фаз внутри экзопланет, остается открытым вопросом", - сказал Джини .
"Дальнейшие измерения с использованием альтернативного пути сжатия или начиная с аллотропа углерода с атомной структурой, требующей меньше энергии для перестройки, обеспечат дальнейшее понимание."
Напомним, что ранее сообщалось, что рядом с потухшей звездой была обнаружена алмазная планета.
