Обнаружен механизм образования альтернативной формы алмазов
Ученые из России выявили физическое объяснение, почему при сжатии графита внутри него сначала формируется не классический алмаз с кубической решеткой, а лонсдейлит, альтернативная форма углерода. Это открытие позволит более точно контролировать синтез сверхтвердых материалов, сообщает пресс-служба "Сколтеха". Об этом сообщает ТАСС.
Исследование показало, что лонсдейлит лучше адаптируется к графитовому окружению. Энергетический барьер для его образования в два раза ниже, а критическое количество атомов в два-три раза меньше, чем у кубического алмаза. Таким образом, на начальной стадии природе выгоднее создать зародыш лонсдейлита, хотя для кристаллов предпочтителен кубический алмаз, пояснил профессор "Сколтеха" Павел Сорокин.
После открытия лонсдейлита, альтернативной формы алмазов с шестиугольной решеткой, материаловеды столкнулись с проблемой, поскольку эта форма образуется при сжатии графита, несмотря на теоретически более высокие энергетические затраты для ее формирования.
Российским ученым удалось разобраться в этом вопросе, проведя серию расчетов с помощью системы машинного обучения, способной анализировать взаимодействия атомов на квантово-механическом уровне. Ранее такие расчеты требовали значительных вычислительных ресурсов, но теперь ученые начали использовать специальные системы ИИ, обученные на результатах предыдущих вычислений.
Используя эти системы, исследователи из НИТУ МИСИС и "Сколтеха" проанализировали, как образуются алмазы при сжатии графита до давления 177-218 тысяч атмосфер. Новые алгоритмы позволили проследить за поведением около 700 тысяч атомов, что дало возможность учитывать деформации в структуре графита вокруг растущего "зародыша" алмаза.
Расчеты показали, что деформации по-разному влияют на рост зародышей кубических и шестиугольных алмазов, в результате чего энергетический барьер для образования шестиугольных алмазов в два раза ниже. Однако влияние этих деформаций ослабевает с увеличением числа атомов в алмазе, и в большинстве случаев шестиугольные алмазы превращаются в обычные при достижении определенных размеров, подытожили исследователи.
