Tạo ra 'kim cương thiên thạch' siêu cứng

Các nhà khoa học Trung Quốc tuyên bố đã tái tạo được 'kim cương thiên thạch' khó nắm bắt trong phòng thí nghiệm, giải quyết sáu thập kỷ tranh luận về sự tồn tại của vật liệu này.

kim cương - Ảnh 1.

Mặc dù tất cả kim cương đều chứa các nguyên tử carbon, nhưng chúng không chỉ giới hạn ở cấu trúc hình khối quen thuộc. Các nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đã nỗ lực trong nhiều năm để tái tạo biến thể sắp xếp hình lục giác với cấu trúc xếp chồng nguyên tử đặc trưng - Ảnh: AI

Thông thường, kim cương được hình thành từ các nguyên tử carbon sắp xếp theo dạng lập phương, giống như những khối lego xếp thành khối vuông, ở độ sâu khoảng 150km dưới lòng đất, nơi nhiệt độ vượt 1.000 độ C và áp suất cực cao.

Nhưng loại kim cương lục giác, hay còn gọi là lonsdaleite, lại được cho là hình thành khi thiên thạch lao vào Trái đất, với nhiệt độ và áp suất khủng khiếp.

Loại cấu trúc này giúp kim cương cứng hơn kim cương thường tới khoảng 60%. Mẫu đầu tiên được tìm thấy trong thiên thạch Canyon Diablo rơi xuống Arizona, Mỹ cách đây khoảng 50.000 năm. Từ lâu giới khoa học tranh luận liệu lonsdaleite có thực sự tồn tại ở dạng tinh khiết hay chỉ là hỗn hợp giữa kim cương lập phương và than chì.

Sốc: Tạo ra kim cương chỉ trong 15 phút

Trước đây nhiều nỗ lực tái tạo loại kim cương này trong phòng thí nghiệm đều thất bại hoặc chỉ tạo ra sản phẩm không tinh khiết.

Nhóm nghiên cứu mới gồm các chuyên gia từ Trung tâm Nghiên cứu khoa học và công nghệ áp suất cao, cùng Viện Quang học và cơ khí chính xác Tây An thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, đã thành công trong việc tạo ra những tinh thể kim cương lục giác tinh khiết, rộng khoảng 100 micromet (tương đương độ dày sợi tóc người).

kim cương - Ảnh 2.

Viên kim cương có cấu trúc lục giác đầu tiên được phát hiện vào năm 1967 trong thiên thạch Canyon Diablo rơi xuống Arizona 50.000 năm trước. Người ta tin rằng nó được hình thành từ than chì dưới sức nóng và áp suất cực lớn do va chạm với Trái đất - Ảnh: Ai

Trong công bố trên Nature, nhóm nhà khoa học cho biết họ sử dụng than chì đơn tinh thể cực tinh khiết để giảm tối đa tạp chất, rồi áp dụng áp suất và nhiệt độ cao trong điều kiện "gần đẳng hướng", nghĩa là áp lực đồng đều theo mọi hướng.

Trong quá trình này, các nhà khoa học còn dùng tia X tại chỗ để quan sát sự biến đổi cấu trúc theo thời gian thực, từ đó điều chỉnh điều kiện nhằm ưu tiên cho sự hình thành kim cương lục giác.

Thành công này được coi là bằng chứng trực tiếp, rõ ràng đầu tiên cho thấy kim cương lục giác tồn tại như một cấu trúc ổn định và riêng biệt, mở rộng giới hạn định nghĩa về "siêu cứng" vượt xa kim cương truyền thống.

Với độ cứng và khả năng chịu nhiệt vượt trội, kim cương lục giác tổng hợp có thể được ứng dụng trong sản xuất dụng cụ cắt gọt, lớp phủ chống mài mòn, và thậm chí trong ngành điện tử cao cấp, nơi cần vật liệu dẫn nhiệt tốt và chịu được môi trường khắc nghiệt.

"Loại kim cương lục giác tổng hợp này hứa hẹn mở ra những hướng đi mới trong phát triển vật liệu siêu cứng và thiết bị điện tử cao cấp" - giáo sư Ho Kwang Mao thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc nhận định.