Уже более 20 лет физики пытаются разгадать феномен: как фуллерит — мягкий углеродный кристалл — превращается в материал, способный царапать сам алмаз? Наконец, учёные предложили модель, которая раскрывает секрет его невероятной твёрдости.
Что такое фуллерит и почему он интересен
Фуллерит — это кристалл, построенный из фуллеренов — молекул углерода в форме сфер, напоминающих футбольные мячи. Они обладают исключительной жёсткостью, но сам фуллерит при нормальных условиях довольно мягок. Однако под давлением и при высокой температуре он резко меняет свойства.
"В 1998 году нам удалось получить материал, царапающий алмаз. Он оказался твёрже алмаза", — вспоминает Александр Квашнин.
Этот материал, известный как ультратвёрдый фуллерит (или "тиснумит"), оказался смесью аморфного углерода и полимеризованных молекул С60. Почему он оказался столь прочным — оставалось загадкой.
Ключ к разгадке — сжатие и алмазная оболочка
Команда российских физиков под руководством Леонида Чернозатонского и Павла Сорокина смоделировала структуру, которая наконец даёт ответ. Учёные предположили, что при создании фуллерита часть вещества переходит в поликристаллический алмаз, а часть остаётся фуллеритом, но в сжатом состоянии.
"Мы взяли модель Чернозатонского и сжали её, поместив внутрь алмазной оболочки. Получилось то, что по твёрдости превосходит сам алмаз", — говорит Квашнин.
Суть открытия: сжатый фуллерит, заключённый в монокристаллический алмаз, приобретает свойства, многократно превосходящие даже исходные материалы. Это объясняет аномальную твёрдость, наблюдавшуюся в экспериментах.
Спектры не лгут
При сравнении рентгеновских спектров выяснилось: экспериментальные данные совпадают с моделью, где сжатый фуллерит окружён аморфным углеродом или алмазной оболочкой. Именно эта комбинация и формирует материал с рекордной прочностью.
Почему это важно
"Наша модель может стать основой для создания новых сверхтвёрдых материалов. Мы приблизились к разгадке ультратвёрдого углерода", — заключает Сорокин.
Создание материалов, прочнее алмаза, открывает перспективы для промышленности, медицины и нанотехнологий. Это шаг к новым технологиям, которые ещё вчера казались невозможными.
Оригинал этой статьи расположен по адресу: https://www.pravda.ru/news/science/2235077-compressed-fullerite-core/