Chińscy naukowcy jako pierwsi uzyskali czysty lonsdaleit, diament o heksagonalnej strukturze krystalicznej. To rozwiązanie zagadki, która trapiła badaczy od czasu analizy meteorytu Canyon Diablo, który uderzył w Arizonę 49 000 lat temu. Właśnie w tych kosmicznych szczątkach odkryto w 1967 roku pierwszy egzemplarz niezwykłego minerału nazwanego na cześć krystalograf Kathleen Lonsdale.
Podczas gdy tradycyjne diamenty formują się 150 kilometrów pod powierzchnią Ziemi w strukturach sześciennych, lonsdaleit wyróżnia się heksagonalnym układem atomów węgla. Teoretycznie ten układ powinien czynić go o 60% twardszym od zwykłych diamentów. Problem polegał jednak na tym, że naturalne okazy zawsze występowały jako chaotyczna mieszanina z innymi formami węgla. Wszystkie dotychczasowe próby syntezy kończyły się niepowodzeniem – powstawały albo klasyczne diamenty, albo bezładne konglomeraty.
Czytaj także: Diament twardszy niż… sam diament? To, co odkryli, nie pochodzi z Ziemi
Przełom zawdzięczamy zespołom z Centre for High Pressure Science and Technology Advanced Research oraz Xian Institute of Optics and Precision Mechanics. Kluczem do sukcesu okazało się wykorzystanie niezwykle czystego, monokrystalicznego grafitu jako materiału wyjściowego. Naukowcy precyzyjnie kontrolowali warunki ciśnieniowe i temperaturowe, na bieżąco monitorując proces przekształcania grafitu w diament heksagonalny przy użyciu zaawansowanych technik rentgenowskich.
Efekt? Powstały kryształy lonsdaleitu o rozmiarach od 100 mikrometrów do milimetra – pierwsze w historii makroskopowe próbki tego materiału o wysokiej czystości. Struktura składa się z gęsto splecionych formacji o wielkości około 100 nanometrów, z jedynie drobnymi niedoskonałościami. Choć to niewątpliwy sukces, badania twardości przyniosły niespodziankę. Okazało się, że syntetyczny lonsdaleit jest tylko nieznacznie twardszy od zwykłego diamentu, co może nieco rozczarowywać w kontekście wcześniejszych teorii. Badacze podejrzewają, że winę ponoszą minimalne defekty krystaliczne, ale wierzą, że dalsze udoskonalanie procesu pozwoli zbliżyć się do teoretycznych przewidywań.
Czytaj także: Diamenty najtwardsze na świecie? Nie do końca. Te dwie substancje wprowadziły zamęt w świecie nauki
Potencjał nowego materiału pozostaje jednak znaczący. Wyjątkowa odporność termiczna lonsdaleitu czyni go atrakcyjnym dla przemysłu. Możliwe zastosowania obejmują między innymi zaawansowane narzędzia tnące, powłoki zabezpieczające przed zużyciem, komponenty wysokiej klasy elektroniki oraz elementy pracujące w ekstremalnych warunkach. Chińskie zespoły zapowiadają dalsze prace nad oczyszczaniem materiałów wyjściowych i precyzyjnym dostosowywaniem parametrów syntezy.
Tak czy inaczej, po sześciu dekadach spekulacji mamy wreszcie dowód, że heksagonalny diament to nie tylko ciekawostka z meteorytów, ale rzeczywista faza krystaliczna. Otwiera to nowe możliwości w dziedzinie supertwardych materiałów, które mogą znaleźć zastosowanie w najbardziej wymagających technologiach przyszłości.