В 1967 году исследователи сообщили об обнаружении гексагонального алмаза в метеорите, найденном в Аризоне. Этот метеорит был частью космического тела, из-за падения которого образовался знаменитый Метеоритный кратер. Команда предположила, что ударная волна превратила графит в метеорите в гексагональный алмаз, и назвала этот новый минерал лонсдейлитом в честь выдающегося кристаллографа Кэтлин Лонсдейл.
После десятилетий споров исследователи утверждают, что нашли самое убедительное доказательство существования этой редкой формы углерода. Алмаз известен как самый твердый минерал на Земле. Но исследователи изучают его необычную разновидность — гексагональный алмаз, который может оказаться еще тверже. После десятилетий споров о том, можно ли синтезировать этот загадочный материал в лабораторных условиях, исследователи из Китая сообщили, что им это удалось.
Ученые заинтересованы в этом материале, потому что он может найти применение во многих областях, например в режущих инструментах, терморегулирующих материалах и в квантовых сенсорах.
Обычный алмаз полностью состоит из атомов углерода, расположенных в виде тетраэдров, которые в конечном итоге образуют кубическую кристаллическую структуру. Если смотреть на эту решетку атомов под определенным углом, она выглядит как стопка изогнутых слоев, напоминающих соты. Каждый последующий слой немного смещен относительно соседних, и этот узор повторяется через каждые три слоя. Однако в 1962 году исследователи предположили, что алмаз может иметь другую структуру — с гексагональными элементами.
В обычном, или кубическом, алмазе связи между слоями углерода немного слабее, чем внутри слоев, что ограничивает прочность алмаза. В гексагональной форме связи между слоями короче и прочнее, чем в кубическом алмазе, и, по прогнозам, благодаря этому гексагональный алмаз должен быть на 50 % прочнее.
Исследовательская группа из Китая заявила, что ей удалось получить гексагональный алмаз в лабораторных условиях путем нагревания и сжатия графита. Однако некоторые ученые усомнились в этом заявлении. Другие же утверждали, что лонсдейлит вовсе не является гексагональным алмазом, а представляет собой кубический алмаз с несколькими дефектами.
Большая часть споров связана с экспериментами по рентгеновской дифракции, которые используются для определения кристаллической структуры материала. В ходе таких экспериментов рентгеновские лучи, проходящие через кристалл, частично рассеиваются, что приводит к появлению пиков интенсивности рентгеновского излучения, указывающих на расположение атомов. Однако картина дифракционных пиков, полученных при исследовании кубического алмаза с большим количеством дефектов, очень похожа на картину, характерную для гексагонального алмаза. Чтобы однозначно подтвердить гексагональную структуру, необходимо наличие нескольких дополнительных характерных пиков. И , похоже, эти пики явно выражены на результатах исследований нового алмаза.
Ученые взяли высокоориентированный пиролитический графит и сжали его между наковальнями из карбида вольфрама под давлением в 20 гигапаскалей (в 200 000 раз больше атмосферного давления) при температуре 1300–1900 °C, чтобы получить образцы гексагонального алмаза размером с миллиметр. Тесты показали, что этот материал прочнее, устойчивее к окислению и немного тверже кубического алмаза.