Богатые углеродом планеты, обладающие большой массой, испытывают в своих недрах огромное давление до нескольких миллионов атмосфер. Это подходящие условия для появления алмазов и «супералмазов». И доскональное понимание свойств этих необычных углеродных соединений имеет ключевое значение для создания точных моделей экзопланет. Однако, несмотря на многочисленные попытки синтезировать эту кристаллическую фазу углерода в лаборатории, успех пока не достигнут.

Причина высокой твердости алмаза в том, что четыре ближайших друг к другу атома в его структуре идеально совпадают с расположением четырех валентных электронов в элементах 14-го столбца периодической таблицы. Структура ВС8 сохраняет эту идеальную форму, но без плоскостей скола, имеющихся в структуре алмаза. Это и делает ВС8 значительно более твердым, чем алмаз, пишет Phys.org.

Команда исследователей из Национальной лаборатории в Ливерморе провела моделирование на самом мощном в мире суперкомпьютере Frontier. И открыли крайне высокую метастабильность алмаза в условиях очень сильного давления, значительно превосходящую его термодинамическую стабильность. Ключом к успеху стала разработка очень точного инструмента оценки межатомного потенциала, описывающего взаимодействия отдельных атомов с беспрецедентной точностью, в широком спектре условий.

Результат позволил точно смоделировать эволюцию миллиардов атомов углерода во времени, в экстремальных условиях. А это, в свою очередь, позволило прояснить причины провала прошлых попыток синтеза BC8: дело в том, что ВС8 можно получить только в очень узком диапазоне давления и температуры. Вдобавок, ученые поняли, как достичь таких условий.

В будущем исследователи надеются сами вырастить супералмаз ВС8 в лаборатории.

Оказывается, если подвергнуть предшественники углерода и азота чрезвычайно высоким температуре и давлению, получится материал, более прочный, чем кубический нитрид бора, второй по прочности после алмаза. Ученые из Европы синтезировали соперника алмаза.