دانشمندان سرانجام موفق به ساخت اولین نمونه قابل توجه از نوعی الماس نادر شدند که به آن “لونسدالیت” یا الماس ششضلعی گفته میشود. پیشبینی میشود این ماده، که به طور طبیعی در شهابسنگها یافت میشود، حتی از الماسهای معمولی روی زمین نیز سختتر باشد.
این کشف که در تاریخ ۳۰ ژوئیه در مجله نیچر منتشر شد، نشان میدهد که با استفاده از تکنیکهای فشار و دمای بالا، دیسکهای کوچکی از این الماس بسیار سخت ساخته شده است. دانشمندان معتقدند این ماده میتواند جایگزین الماسهای متداول در ابزارهایی مانند متهها و قطعات الکترونیکی شود.
تفاوت ساختار الماس زمینی و شهابسنگی
الماسهای زمینی به دلیل ساختار بلوری مکعبی خود، سختترین ماده طبیعی شناختهشده در جهان هستند. در این ساختار، هر اتم کربن به چهار اتم کربن دیگر با پیوندهایی با طول مساوی و زاویهای یکسان متصل است. این آرایش سه لایهای (A، B، C) ساختاری کاملاً منظم و پایدار را ایجاد میکند.
در دهه ۱۹۶۰، ساختار متفاوتی برای الماس پیشنهاد شد و نمونههای کوچکی از آن در شهابسنگ “کنیون دیابلو” که حدود ۵۰ هزار سال پیش در صحرای آریزونا سقوط کرده بود، کشف شد. این نوع الماس که در شهابسنگها یافت میشود، به جای سه لایه تکراری، تنها دو لایه (A و B) دارد که به آن ساختاری ششضلعی میدهد. دانشمندان بر این باورند که این تفاوت ساختاری میتواند سختی آن را تا ۵۸ درصد افزایش دهد.
با این حال، به دلیل اینکه نمونههای شهابسنگی حاوی ناخالصیهای دیگری مانند گرافیت و کربن بیشکل بودند، بسیاری از دانشمندان درباره وجود واقعی الماس ششضلعی تردید داشتند.
بازآفرینی شرایط برخورد شهابسنگ در آزمایشگاه
با الهام از شهابسنگ کنیون دیابلو، ونگه یانگ و همکارانش در مرکز تحقیقات پیشرفته علوم و فناوری فشار بالا در پکن، تلاش کردند تا شرایط شدید برخورد یک شهابسنگ به زمین را در آزمایشگاه بازسازی کنند. آنها با استفاده از یک “سلول سندان الماس” که نمونه را بین دو سطح صاف الماس فشرده میکند، آزمایش خود را آغاز کردند.
آنها به جای استفاده از نمونههای شهابسنگ ناخالص، کار را با گرافیت خالص شروع کردند. سپس به آرامی و با دقت این ماده را فشرده کردند و با استفاده از حرارت لیزر، اتمهای جابهجا شده را در جای خود تثبیت کردند. ونگه یانگ در مصاحبه با Live Science توضیح داد که در فشاری حدود ۲۰۰ هزار اتمسفر، لایههای مسطح کربن در گرافیت مجبور به جابهجایی و اتصال به لایههای مجاور میشوند و یک ساختار لانهزنبوری کربنی تشکیل میدهند که مشخصه الماس ششضلعی است. حرارتدهی با لیزر در دمای بالای ۱۴۰۰ درجه سانتیگراد این تغییر را تسهیل کرد. پس از شکلگیری ساختار جدید، تیم فشار را به آرامی کاهش دادند تا کریستال جدید به گرافیت بازنگردد.
با استفاده از تکنیکهای قدرتمند، دانشمندان توانستند ساختار کریستالی را مشاهده و کشف خود را تأیید کنند. اگرچه دیسک کریستالی هنوز ناخالصیهایی از الماس مکعبی داشت، تصاویر میکروسکوپ الکترونی به وضوح لایههای A و B کربن و ساختار ششضلعی آن را نشان داد.
آینده الماس ششضلعی
سومن ماندال، فیزیکدان متخصص در کاربردهای الماس در دانشگاه کاردیف، این کشف را یک گام اولیه مهم میداند. او میگوید: “حالا ما به کریستالهای خالصتر و مواد بیشتری نیاز داریم تا خواص فیزیکی، مکانیکی، حرارتی و الکتریکی آن را بررسی کنیم.”
اگرچه برای آزمایش دقیق سختی به نمونههای بزرگتری نیاز است، اما این تیم تأیید کرد که ماده جدید حداقل به اندازه الماسهای معمولی سخت است. یانگ ابراز امیدواری کرده که آزمایشهای آینده با نمونههای بزرگتر و خالصتر، پاسخ قطعی را ارائه خواهد داد.
هدف نهایی تیم این است که الماس ششضلعی در نهایت جایگزین الماسهای متداول در کاربردهای صنعتی مانند ماشینآلات دقیق، الکترونیک، فناوریهای کوانتومی و سیستمهای مدیریت حرارتی شود، هرچند ممکن است این امر تا ۱۰ سال آینده محقق نشود.