Углерод имеет множество различных структур, наиболее известные из которых — графит и алмаз. Ученые давно предсказывали, что другие формы существуют при чрезвычайно высоких давлениях, но эти предсказания оказались весьма спорными.
Ученые доказали, что даже если оказать на алмаз давление в несколько раз выше, чем в глубинах Земли, он все равно сохранит свою структуру
Углерод, один из самых распространенных элементов во Вселенной, является основой всей известной жизни и большей части самой Земли. Он принимает разные формы в разных обстоятельствах — высокое давление и температура глубоко внутри планеты превращают его в алмаз. Ожидалось, что другие, более экзотические структуры будут существовать при еще более высоких давлениях, выше 1000 гигапаскалей (ГПа).
В новом исследовании команда ученых подвергла углерод намного более сильному давлению, чтобы выяснить, какие еще формы он может принять. Исследователи сжали твердый углерод до 2000 ГПа, что в пять раз превышает давление в ядре Земли и в два раза выше, чем предыдущий рекорд давления, при котором углерод исследовали в лабораторных условиях.
«Это самое высокое давление, которое когда-либо измерялась для любой атомной структуры, что накладывает ключевые ограничения на уравнение состояния, прочность материала, плавление и химическую связь углерода», — пояснил Гилберт Коллинз, соавтор исследования. Команда использовала наклонные лазерные импульсы для сжатия углерода и сделала наносекундные изображения его кристаллической структуры с помощью платформы для дифракции рентгеновских лучей.
Удивительно, но исследователи обнаружили, что углерод сохраняет структуру алмаза намного дольше, чем ожидалось. Даже под воздействием колоссального давления связи внутри алмаза остаются стабильными и не стремятся формировать новый паттерн.
«Алмазная фаза углерода, по-видимому, является самой устойчивой структурой из все, что когда-либо исследовали», — признается Райан Ригг, соавтор исследования. «Теперь мы ожидаем, что алмазная структура углерода сохранится в гораздо более широком диапазоне планетных условий, чем мы думали ранее ».
Это может означать, что некоторые из теоретических форм углерода могут не существовать вовсе или, по крайней мере, формироваться при еще большем давлении или сочетании других факторов. Новое открытие также может указывать на то, что «алмазные планеты» встречаются в космосе чаще, чем мы думали.
