Учёные раскрыли механизм образования алмаза из графита

Исследователи из Сколтеха и НИТУ МИСИС сравнили зародыши двух форм алмаза внутри графитовой матрицы при давлениях 18–22 гигапаскаля

Учёные выяснили, что при превращении графита в алмаз под высоким давлением первым зарождается не привычный кубический алмаз, а метастабильный лонсдейлит — гексагональный алмаз с иным расположением атомов. Это открытие важно для моделирования процессов в условиях экстремальных давлений и для синтеза сверхтвёрдых материалов.

На первый взгляд возникает парадокс: кубический алмаз имеет меньшую объёмную энтальпию, чем лонсдейлит, и должен образовываться первым. Однако на уровне нанометровых зародышей действуют иные правила — затраты на создание границы с графитом и деформацию окружающих слоёв могут перевесить преимущество самой кристаллической структуры.

Для анализа авторы использовали межатомный потенциал, обученный на квантово-механических расчётах, и модели с до 700 тысяч атомов. Машинное обучение позволило учесть деформации графита вокруг зародыша. Профессор Павел Сорокин отметил, что барьер образования оптимального зародыша лонсдейлита примерно вдвое ниже, а критическое число атомов — в два-три раза меньше, чем у кубического алмаза.

Авторы предлагают сценарий: сначала зарождается лонсдейлит, а затем, по мере роста и релаксации границы с графитом, он превращается в кубический алмаз. Понимание этого механизма поможет точнее управлять синтезом новых материалов и предсказывать их свойства.

Ранее по теме: Выращен первый монокристалл алмаза диаметром 200 мм

Источник: Сколтех