La corsa al super diamante: alla ricerca del materiale più resistente

La corsa al super diamante: alla ricerca del materiale più resistente
Le simulazioni del supercomputer mostrano le condizioni in cui si formano diamanti e superdiamanti BC8, la cui struttura è mostrata qui in contrasto con le strutture esagonali trovate nel grafene. (Mark Meamber/LLNL)

I diamanti sono conosciuti come le sostanze più dure al mondo, ma di recente questa reputazione ha iniziato a essere messa in discussione. Si è ipotizzato che una diversa disposizione degli atomi di carbonio potrebbe creare un materiale ancora più resistente, ma finora nessuno è riuscito a raggiungere le pressioni necessarie per produrre un “super diamante”. Tuttavia, la modellazione al computer sta indicando le condizioni che potrebbero essere richieste per realizzarlo.

La resistenza dei diamanti deriva dai legami covalenti che collegano ogni atomo di carbonio ai suoi quattro vicini più prossimi, creando una struttura estremamente compatta. Gli atomi di carbonio possono combinarsi in diverse configurazioni, dando origine a materiali come buckyball e grafene.

Esiste una discussione sul fatto che materiali esotici come il nitruro di boro possano superare i diamanti in termini di resistenza. Una possibile struttura più resistente è il cubico a otto atomi centrato nel corpo (BC8), che si stima potrebbe resistere alla compressione del 30% in più rispetto ai diamanti tradizionali.

Per creare il BC8, sarebbero necessarie pressioni di almeno 10 milioni di atmosfere, ma una volta formati, dovrebbero essere stabili in condizioni normali. Alcuni laboratori hanno tentato di replicare le condizioni previste per la formazione del BC8, ma si sono resi conto che erano troppo ottimistiche, lasciando gli scienziati a interrogarsi sulle pressioni effettivamente richieste.

Se gli esseri umani non sono riusciti a creare super diamanti, è improbabile che la natura lo abbia fatto sulla Terra. Tuttavia, si ritiene che esopianeti ricchi di carbonio potrebbero avere le pressioni necessarie per produrre materiali come il diamante e il BC8.

Il BC8 potrebbe anche esistere nel silicio e nel germanio, elementi simili al carbonio. Utilizzando modelli al computer, è stato identificato ciò che sarebbe necessario per creare il BC8 nel carbonio.

Per raggiungere la formazione del BC8, sarebbero necessarie pressioni estreme e temperature elevate. Utilizzando il supercomputer Frontier, il team di ricerca ha individuato le condizioni specifiche per far sì che miliardi di atomi si uniscano nella struttura desiderata.

Il BC8 potrebbe superare la resistenza dei diamanti alla pressione, mantenendo una struttura tetraedrica senza i piani di clivaggio presenti nei diamanti. Nonostante i costi elevati per la produzione, questa resistenza potrebbe rivelarsi preziosa e offrire importanti informazioni sulle caratteristiche interne dei pianeti con nuclei simili.

Lo studio è stato pubblicato su The Journal of Physical Chemistry Letters.

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