Полувековая загадка промежуточной структуры углерода решена: это М-углерод

Физики из Йельского университета (США) впервые подтвердили теоретически предсказанную структуру углерода холодного давления (модификации углерода, по твёрдости сравнимой с алмазом), проведя эксперименты по сдавливанию графита при высоком давлении и комнатной температуре.

Исследователи верят, что их достижение позволит в будущем получить сверхтвёрдое вещество, которое способно выдерживать большое давление и может служить альтернативой используемым сегодня в электронике и промышленности алмазным материалам. Отчёт о работе опубликован в открытом веб-журнале Scientific Reports.

Недавняя теоретически предсказанная модификация М-углерода (иллюстрация Artem R. Oganov / Stony Brook University).

При нормальных условиях чистый углерод существует в виде различных модификаций, обладающих совершенно разными физическими свойствами, которые определяются их структурой. Например, графит — мягкое, проводящее вещество, а алмаз — диэлектрик и один из самых твёрдых материалов, известных человеку. А где-то посередине между этими распространёнными природными модификациями находится теоретически предсказанная в 2006 году структура так называемого М-углерода, существование которой удалось подтвердить йельским учёным.

М-углерод был получен из обычного графита при комнатной температуре под давлением в 200 000 атмосфер. Кстати, для теоретически существующей «промежуточной» структуры алмаза было предложено несколько альтернативных структур, одной из которых является М-углерод. Его-то существование и было подтверждено на практике, а все остальные теперь можно признать ошибочными.

Справедливости ради напомним, что впервые изменения, происходящие с графитом при высоком давлении и комнатной температуре, были замечены 50 лет назад, но только теперь кристаллическая структура полностью подтверждена экспериментально, с использованием рентгеновской дифракции, спектроскопии комбинационного рассеяния, а также различных оптических методов. Помимо уникальных механических свойств М-углерода, обнаружено, что трансформация в него графита протекает экстремально медленно, требуя очень долгого времени для достижения искомого равновесия, что, по-видимому, является важной причиной, не позволившей получить эту фазу полвека назад.

Учёные говорят, что полученная ими промежуточная структура характеризуется намного более низкой симметрией, чем алмаз, но она очень и очень твёрдая. Исследования показали, что М-углерод — экстремально несжимаемое вещество, способное царапать алмаз.

Подготовлено по материалам Йельского университета.