他の惑星からダイヤモンドを合成できるスーパーコンピューター

の スーパーダイヤモンド BC8 それらは他の既知の物質よりも硬いですが、おそらく巨大な系外惑星の中心にのみ存在します。ただし、 フロンティアスーパーコンピュータ 彼らはその形成の秘密を明らかにし、この発見は地球上でのそれらの生産につながる可能性があります。

ダイヤモンドは美しい宝石であるだけでなく、世界中でさまざまな用途に使用されています。世界で最も硬い材料であり、その独特な組成のおかげで、高度な地熱源の掘削から原子力電池の半導体としての使用まで、あらゆる分野で役割を果たしています。

そこで、人類が知っている最も硬い物質よりもさらに硬い物質を作り出すことができたら、どんな可能性が開けるのか想像してみてください。

実際、これは科学者たちが長年構想してきたことです。彼らは、ダイヤモンドに含まれる炭素原子の 4 個に対して 8 個の炭素原子が詰め込まれた物質が、地球の少なくとも 2 倍の大きさの惑星の核に見られる極度の熱と圧力の条件下で存在できる可能性があると予測しました。

BC8 として知られるこの「スーパーダイヤモンド」の作成は研究室で可能かもしれませんが、それを再現するための条件は控えめに言っても困難です。複写機は次のことを行う必要があります。 地球の大気の圧力の1,000万倍に達し、温度は太陽の表面に近づくしたがって、BC8 を生成するために複数の物理実験を実行するのは少し現実的ではありません。

ここで最も早い人が助けに来ます スーパーコンピューター 世界の、 フロンティア 研究室で オークリッジ エネルギー省の。 BC8 を形成するために何が必要かを正確に決定するために、何百万もの条件セットの下で何百万もの個々のモデリング状態を実行する機能があります。が率いる研究者チーム イワン・オレイニクこの研究の筆頭著者であり、南フロリダ大学の物理学教授でもある彼は、BC8 のコードを解読できるかどうかを確認するためにフロンティアにアクセスし、実際にそうしました。

«それは高圧物理学の究極の挑戦です“、 言った オレイニク. «これは、中世の錬金術師がそれを見つけることができれば鉛が金に変わると信じていた賢者の石の私たちのバージョンです。 錬金術師にはフロンティアがなかった»。

教授と彼のチームはそれに餌を与えた フロンティア として知られるソフトウェア モジュールをトレーニングするための驚くべき量のデータが含まれています。 ランプス、つまり 大規模原子分子超並列シミュレータソフトウェア モジュール、必要な計算を実行します。ザ オレイニク 同氏は、他のコンピュータではプログラムの実行に時間がかかりすぎるだけだと述べた。

私たちは本質的に、極度の圧力と温度でシステムが進化する間に発生する可能性のある数十億の原子のシステム内のすべての原子の周囲のすべての原子環境をマッピングしました。フロンティアなしではこれは不可能です。この研究では、分子動力学シミュレーションで最大 100 万タイム ステップを実行しながら、10 億を超える原子をシミュレートする必要がありました。他のスーパーコンピューターにもアクセスできましたが、どれもそれほど多くの人々を処理できるほどの計算能力を持っていませんでした。

その実行後 ランプス Frontier の 9,400 以上のノードのうち 8,000 ノードを使用して約 24 時間、チームは炭素を BC8 に変換するために必要な、ユニークで少し驚くべき手順を示す応答を受け取りました。彼らは、液体炭素が再配置されて超強力な構造になる前に、従来のダイヤモンドをまず溶かす必要があることを発見しました。 BC8。

ほとんどの場合、材料は原子構造の協調的な再配列によってある結晶相から別の結晶相に変換されるため、これはこの意味で新しい発見です。しかし、ダイヤモンドを構成する炭素結合は非常に強いため、ダイヤモンドを溶かして新しい BC8 結晶相に変える必要があります。したがって、このプロセスにはさらに極端な圧力と温度、つまり地球の大気の 1,200 万倍の圧力と太陽の表面の温度に近い 5,000 K という別の層が追加されます。

研究では、そのような状態は一連の衝撃波によって引き起こされる可能性があることが明らかになり、チームは、衝撃波を形成するために必要な温度と圧力の測定値に達するのに適切なレベルの衝撃波を提供することができました。 BC8。

現在、研究チームは、ローレンス・リバモア国立研究所の国立点火施設でBC8の合成を試みることにより、その知識をテストし始めている。この施設はスタジアムほどの大きさの核融合施設で、192台の強力なレーザーを使用して華氏1億8000万度以上の温度と300度以上の圧力を発生させる。地球の大気は1000億個。

フロンティアのおかげで、私たちは成功する可能性が高くなります。これは依然として極端な挑戦であり、保証はありませんが、私たちはこの結果に大きな自信を持っています。

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