彼らは、天然ダイヤモンドよりも硬い「エイリアンダイヤモンド」を実験室で作成します

しかし、宇宙はその支配に挑戦する意欲のあるエースを隠し持っていました。そして今、目覚ましい科学的進歩により、中国の研究者チームが実験室で非常にまれでとらえどころのない形態の炭素を合成することに成功しました。 少数の隕石の中でほんの一瞬しか見られない。これは「ロンズデライト」としても知られる六角形のダイヤモンドで、天然ダイヤモンドよりもさらに硬いことが証明されている品種です。この作品は先日出版されたばかりですが、 ‘自然’。

「スペースダイヤモンド」の謎

ロンズデイライトは人間の心の発明ではなく、 自然がすでに作り出したただし、それは隕石の激しい衝突など、終末的な状況下でのみです。グラファイトを積んだ宇宙の岩石が大気圏に突入し、時速数万キロで地面に衝突すると、その衝撃による莫大な熱と巨大な圧力により、グラファイトはほぼ瞬時にダイヤモンドに変化します。また、場合によっては、一般的なダイヤモンドではなく、原子構造が奇妙な六角形の配置をとるダイヤモンドの場合もあります。

これまで科学者たちが直面してきた根本的な問題は、例えば1967年にアリゾナ州のディアブロキャニオン隕石が発見された後に発生した衝突クレーターから回収されたこの物質の量が微量だったということである。私たちは、他の鉱物や不純物と混合した小さなサンプルについて話しています。この不足により、科学界に体系的な疑念が生じました。ロンズデライトはそれ自体が別個の物質だったのでしょうか、それとも衝突によって生じた構造欠陥に満ちた普通の立方体ダイヤモンドを見ただけだったのでしょうか?

複雑な「レシピ」

この議論に決着をつけるために、この新しい研究の著者らは、注意深く管理された実験室環境で宇宙岩石衝突の地獄のような状況を再現し、何が起こったのかを確認することにした。

もちろん、主成分はグラファイトのバージョンで、学校の鉛筆の芯に使われているのと同じ柔らかい素材の非常にきれいで高純度のバージョンです。この壊れやすい元素を想像できる最も硬い結晶に変えるために、彼らはそれを現代工学で最も強力な合金の 1 つである炭化タングステンのアンビルの間に置きました。そして、彼らは「地獄」を解き放った。

まず、彼らはグラファイトに20ギガパスカルの破砕圧力をかけた。これは、私たちが海面で耐える地球の大気の圧力の約20万倍である。それは、コインの表面に大きな象を何十頭も積み重ねることに相当します。同時にオーブンの温度を摂氏1,300度から1,900度まで上昇させました。

しかし、成功の本当の秘訣は、実際の衝撃の状況を再現することではなく、すべての強引な力が適用される正確な方向にありました。材料はいかなる方法でも圧縮されず、いわゆる「c 軸」に沿って圧縮されたためです。グラファイトの構造がトランプのようなもので、カーボンの異なる平らな層が互いに積み重なっていると想像してみましょう。さて、科学者たちは、デッキを横から押すことで「絞る」のではなく、上から下、つまり上下の「カード」から同時に押すことでデッキを押しつぶしました。この戦術により、炭素原子が強制的に再編成され、層間に非常に強い垂直結合が確立されましたが、その基本的な配置は失われず、完全な六角形の幾何学的構造が誕生しました。

その結果、ミリメートルサイズの純粋な六角形ダイヤモンドのブロックができました。人間のスケールでは小さいように見えますが、極限物質の合成の世界では、そのサイズの結晶は真の巨人です。

スクラッチテスト

念願のサンプルを入手したら、次のステップは、正確に何を作成したかを確認することでした。このためにチームは分析兵器のすべてを投入しました。X 線回折技術 (原子から放射線を反射して原子の正確な幾何学的位置をマッピングする方法) を使用し、原子分解能電子顕微鏡でサンプルを分析しました。得られた画像には推測の余地はありませんでした。結晶には通常の欠陥がなく、望ましい、極めて純粋な炭素原子の六角形の積層が示されていました。それは真のロンズデライトであり、構造的に純粋でした。

そして、正念場がやって来ました。この新しいダイヤモンドを古典的なビッカース硬度テストにかける時が来ました。この試験は基本的に、ダイヤモンドのピラミッドチップをサンプルの表面に強く押し付けて、傷やへこみにどれだけ耐えられるかを数値で評価することで構成されています。当社が採掘する典型的な天然ダイヤモンドは、崩壊するまで約 110 ギガパスカルの圧力に耐えます。しかし、新しい六角形のダイヤモンドは、114ギガパスカルまで動かなかった。彼らは世界で最も硬い天然物質よりも硬い物質を作り出すことに成功した。

「これらの発見は、離散炭素相としての六方晶系ダイヤモンドの存在に関する長年の論争を解決し、グラファイトからダイヤモンドへの相転移に関する新たな洞察を提供し、将来の研究と高度な技術用途における六方晶系ダイヤモンドの実用化への道を開くものであると著者らは論文で述べている。」

勝利への序曲で

間違いなく記念碑的な発見ですが、どこからともなく生まれるわけではありません。実際、コンピューターモデルは10年以上にわたり、六角形のダイヤモンドには前例のない物理的可能性が隠されていると警告していましたが、誰もそれを純粋かつ測定可能な方法で実現することに成功していませんでした。

たとえば、2009年、物理学者のZicheng Pan氏が主導した理論的シミュレーションは、不純物を含まないロンズデライトがダイヤモンドに匹敵するだけでなく、ダイヤモンドよりも最大58％硬い可能性があることを、「Physical Review Letters」に掲載された記事ですでに数学的に実証した。そしてその後、2021 年に、権威あるワシントン州立大学衝撃物理学研究所の研究者らが 彼らは隕石を模倣することに成功した なんと時速24,000kmでグラファイトディスクを壁に向かって撃ちます。衝撃によって六角形の結晶が崩壊するまでの数ナノ秒間、科学者らは六角形の結晶に音波とレーザーを照射し、振動が通常のダイヤモンドよりも速く結晶を通過することをその場で検証し、より高い構造的剛性を実証した。

全体として、中国の研究者が今達成したことは、決定的な飛躍を意味します。実際、彼らは初めて、六角形のダイヤモンドをコンピューター画面から、または一瞬の爆発のミリ秒から「取り除く」ことに成功しました。彼らは、液体の水が硬い氷に変化するのに似た変化である本物の相転移を、巨大な温度と圧力のもとで完璧に実行し、肉眼で見える巨大で安定した非常に硬い結晶を私たちに提供しました。本物の「宇宙ダイヤモンド」のスライスであり、私たちは慌てることなく手に取り、測定し、研究することができます。

容易に想像できるように、この発見がもたらす影響は実に恐るべきものです。一部の専門家の間では「究極の半導体」として知られるダイヤモンドは、次世代エレクトロニクスにおいてシリコンに取って代わられる予定でした。そして、前例のない熱安定性（ひるむことなく極度の熱に耐えることができる）と優れた硬度を備えたこの新しい六角形は、既知の合金を磨耗することなく切断できる掘削機械や切削工具の製造から、深宇宙の過酷な環境向けに設計された破壊不可能な光電子部品の開発に至るまで、私たちの産業技術全体に革命をもたらす可能性があります。

あらゆる生命のひとつである立方体ダイヤモンドは、文明の黎明以来、誰にも対抗することなく君臨してきました。そして今、最も暴力的な宇宙衝突を模倣して出現した新しい君主がその王位を主張したところです。六角形ダイヤモンドの時代はまだ始まったばかりです。