Симулациите на неуловима въглеродна молекула, която бие дори диамантите по твърдост, могат да проправят пътя към създаването ѝ в лаборатория.

Известна като осематомната кубична фаза с център в тялото (BC8), конфигурацията се очаква да бъде до 30% по-устойчива на натиск от диаманта - най-твърдия известен стабилен материал на Земята.

Физици от САЩ и Швеция проведоха квантово точни симулации на молекулярна динамика на суперкомпютър, за да видят как се държи диамантът под високо налягане, когато температурите се повишат до нива, които би трябвало да го направят нестабилен, разкривайки нови сведения за условията, които биха могли да тласнат въглеродните атоми в диаманта към необичайната структура.

Фазата BC8 е наблюдавана преди това на Земята в два материала - силиций и германий. Екстраполирането на свойствата на BC8, наблюдавани в тези материали, е позволило на учените да определят как фазата би се проявила във въглерода.

Фазата BC8 на въглерода не съществува на Земята, въпреки че се предполага, че тя се крие в Космоса в средите с високо налягане дълбоко в екзопланетите. Теорията предполага, че това е най-твърдата форма на въглерода, която може да остане стабилна при налягания, надвишаващи 10 милиона пъти атмосферното налягане на Земята. Ако може да бъде синтезиран и стабилизиран по-близо до нас, това би открило невероятни възможности за изследвания и приложение в материалите.

Смята се, че диамантът е толкова твърд заради атомната си структура. Той е разположен в тетраедрична решетка - всеки въглероден атом в него е тетраедрично свързан с четирите си най-близки съседи, което съответства на оптималната конфигурация на най-външните електрони на самия въглероден атом.

"Структурата на BC8 запазва тази перфектна тетраедрична форма на най-близките съседи, но без разцепващите равнини, които се срещат в структурата на диаманта", казва физикът Джон Егерт от Националната лаборатория "Лорънс Ливърмор". "Фазата BC8 на въглерода при околни условия вероятно ще бъде много по-твърда от диаманта."

Въпреки че въглеродът BC8 би трябвало да може да съществува в условията на околната среда, опитите за синтезирането му в лаборатория се оказаха неуспешни. Под ръководството на физика Киен Нгуен Конг от Университета на Южна Флорида екип от изследователи използва мощта на суперкомпютрите, за да се опита да открие къде тези опити са били погрешни.

Суперкомпютърът Frontier в Националната лаборатория "Оук Ридж" в момента е най-бързият суперкомпютър в света. Използвайки този невероятен хардуер, екипът разработи симулация, която описва взаимодействията между отделните атоми в много висок диапазон от условия на налягане и температура. Изпълнявайки тази симулация на Frontier, те успяха да възпроизведат еволюцията на милиарди въглеродни атоми при екстремни условия.

Резултатите разкриха причината, поради която синтезът на въглерод BC8 е бил толкова труден за постигане.

"Предвиждахме", обяснява физикът Иван Оленик от Университета на Южна Флорида, "че фазата BC8 след диаманта ще бъде експериментално достъпна само в тясна област на фазовата диаграма на въглерода с високо налягане и висока температура".

С други думи, има само много малка област с високо налягане и температура, в която може да се образува въглерод BC8, и досега експериментите не са отговаряли на тези условия. От друга страна обаче, сега, когато знаем какви са тези условия, синтезът на BC8 въглерод може би най-накрая ще бъде постижим.

Снимка: Unsplash

Виж още: Предупрежденията за борба с пиратството всъщност могат да предизвикат повече пиратство