Уникальные химические и физические свойства алмазов востребованы не только в ювелирном деле. Они применяются в датчиках, квантовых устройствах и в различных отраслях промышленности. Особенность алмазов заключается в уникальной атомной структуре, в которой каждый атом углерода связан с четырьмя другими прочными связями, образуя жесткую тетраэдрическую решетку. Они формируют слои, которые образуют кубические кристаллы алмаза.

Однако, в слоистых структурах возникают естественные плоскости спайности кристаллов, которые задают верхний предел прочности алмазов. Исследования показывают, что этот предел можно устранить, избирательно укрепляя и укорачивая связи между слоями. Правда, это изменение преобразует кубическую симметрию алмаза в гексагональную.

Подобные превращения встречаются и в природе: например, гексагональный алмаз, также известный как лонсдейлит, был обнаружен в метеорите каньона Дьябло. Исследование 2022 года показало, что высокие температуры и ударные сжатия от падении метеорита превращают графит в гексагональный алмаз. Ученые пытались воспроизвести аналогичные условия в лаборатории, чтобы получить искусственный лонсдейлит, но большинство полученных образцов оказались слишком маленькими и содержали примеси.

Исследователи из Научно-исследовательского центра высокого давления (Китай) и их коллеги из США успешно синтезировали высокоупорядоченный и практически чистый объемный лонсдейлит. Взяв за основу монокристаллический гексагональный графит, они создали контролируемую квазигидростатическую среду с максимально равномерным давлением, чтобы минимизировать колебания напряжений. Для этого они использовали как ячейку с алмазными наковальнями, так и пресс-наковальню большого объема.

Полученный объемный образец состоит из трех сростков плотно упакованных кристаллов размером около 100 нм каждый. Они сформированы в основном из гексагональных алмазов с небольшими дефектами, в частности, следами кубического алмаза. Спектрографическое исследование материала на молекулярном уровне выявило полную конверсию sp2-связей в sp3-связи, что указывает на прямое кристаллографическое превращение графита в алмаз, пишет Phys.org.

Кроме того, связи между слоями оказались прочнее и короче, чем в обычном кубическом алмазе, что отразилось в тесте на твердость по методу Виккерса.

Исследование однозначно демонстрирует наличие гексагонального алмаза как полноценной фазы углерода с превосходной твердостью, сравнимой с твердостью кубического алмаза. По мнению ученых, эксперименты со степенью очистки исходного графита и точной регулировкой температуры и давления могут привести к синтезу еще более высококачественного гексагонального алмаза.

Новый метод изготовление искусственных алмазов предложили специалисты из Южной Кореи. Он позволяет получать алмазы за 150 минут при 1 атмосфере. Вдобавок, процесс можно масштабировать до промышленных объемов выпуска.