Российские физики в сотрудничестве с германским институтом создали уникально прочные наноалмазы

Российские и зарубежные физики создали новый тип наноалмазов, представляющие собой шарики размером в 20 микрометров, способные выдержать давления, превышающие сжатие материи в центре Земли в три раза, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

За последние два десятилетия ученые создали несколько сверхпрочных материалов на базе углерода, карбида кремния и ряда других материалов, которые способны выдерживать давление, в сотни тысяч и миллионы раз превышающее атмосферное. Изучение их свойств помогает ученым понять, как устроено и как ведет себя ядро Земли и ее далеких «кузин» у других звезд, а также приближает нас к созданию высокотемпературных сверхпроводников и других чудо-материалов.

Наталья Дубровинская, работающая в университете Байерта (Германия) и ее коллеги из ряда российских ВУЗов и институтов (в том числе Сколтеха — а конкретно Центра по электрохимическому хранению энергии) добавили в число таких сверхтвердых материалов новый вид алмазов, представляющих собой микроскопические прозрачные шарики диаметром всего в 20 микрометров, способные остаться целыми при попадании в ядро Земли.

Этот материал был получен в результате двухэтапного сжатия другого сверхтвердого материала — нанокристаллических алмазов, секрет синтеза которых из «шариков"-фуллеренов и листов графита был открыт в 90 годах прошлого века.

Сначала ученые изготовили шарики из нанокристаллических алмазов, сжав так называемый стеклоуглерод до давления в 177 тысяч атмосфер при температуре в 2000 градусов Цельсия. Затем Дубровинская и ее коллеги отобрали только те алмазные шарики, которые оставались прозрачными, и повторно сжали их, повысив давление до 220 гигапаскаль (2,2 миллиона атмосфер).

После этого продолжение эксперимента стало фактически невозможным, так как созданный материал оказался прочнее, чем материал самого пресса — монокристаллические алмазы. Шарики «нового углерода», как показали снимки с электронного микроскопа, состоят из микроскопических алмазных зерен размерами в 3-5 нанометров, чья поверхность похожа по своим свойствам и устройству на графен, а весь алмаз — на гигантский фуллерен.

В результате этого прозрачные алмазные шарики превратились в материю, способную выдерживать давления, превышающие 1 терапаскаль (10 миллионов атмосфер), что почти в три раза выше, чем давление, которое достигается в центре Земли.

Как подчеркивают физики, это лишь консервативные оценки их прочности — пока они не могут вычислить, насколько прочными они являются на самом деле из-за того, что данные алмазы прочнее всех остальных материалов, при помощи которых их можно было бы сжать.

Эти наноалмазы, как отмечают Дубровинская и ее коллеги, можно использовать в качестве основы для прессов, способных развивать подобные сверхвысокие давления, а также в качестве рассеивающих линз для рентгеновских приборов, что открывает дорогу для создания рентгеновских микроскопов.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.