Використовуючи комп’ютерне моделювання, команда вчених передбачила можливість існування 43 невідомих сьогодні форм вуглецю, деякі з яких можуть бути навіть твердіші за алмаз.
Стаття про відкриття опублікована в журналі Computational Materials. Матеріали надтверді можуть різати, свердлити і полірувати менш тверді об’єкти. Їх також можна використовувати для створення стійких до подряпин покриттів, які захистять дороге устаткування від пошкоджень. Нове дослідження міжнародної команди хіміків відкриває двері для розробки нових матеріалів з такими спокусливими якостями.
“Алмази зараз є самим твердим доступним матеріалом, але вони дуже дорогі, – каже провідний автор дослідження, співробітник Університету штату Нью-Йорк у Буффало Єва Зурек. – У мене є колеги, які проводять експерименти під високим тиском в лабораторії, стискаючи матеріали між алмазами, і вони скаржаться на те, що іноді алмази лопаються і приносять великі збитки. Ми хотіли б знайти щось більш тверде, ніж алмаз. Якби ви могли знайти інші матеріали, які є жорсткими, потенційно ви могли б зробити їх дешевше. Також вони володіють корисними властивостями, яких немає у алмазів. Може бути, вони будуть по-різному взаємодіяти з теплом або електрикою, наприклад”.
Речовина вважається надтвердою, якщо воно
витримує тиск більше 40 ГПа в тесті твердості Віккерса. Нова робота вчених показує, що число вуглецевих надтвердих структур може бути набагато вище, ніж виявлено сьогодні. Для проведення дослідження вчені використовували XtalOpt – еволюційний алгоритм з відкритим вихідним кодом для передбачення кристалічної структури – щоб генерувати випадкові модифікації вуглецю. Потім команда використовувала модель машинного навчання для прогнозування твердості цих матеріалів.
З’ясувалося, що є 43 можливі структури, твердість яких або знаходиться близько до порогу в 40 ГПа, або перевищує його. Три з виявлених модифікацій навіть перевищують твердість алмазу – правда, не набагато. Найтвердіші структури, виявлені вченими, як правило, містять в своїх кристалічних решітках фрагменти алмазу і лонсдейліта – також відомого як гексагональний алмаз. На додаток до 43 нових форм вуглецю, дослідження також передбачає, що ряд вуглецевих структур, які інші команди описували в минулому, будуть надтвердими.
