Открытая в США новая форма углерода оказалась твёрже алмаза

Углерод — четвёртый по распространённости элемент во Вселенной. Он существует во множестве форм: похожий на пчелиные соты графен, «карандашный» графит, твёрдый алмаз, цилиндрические нанотрубки и полые фуллерены. Некоторые из форм углерода — кристаллические, что означает существование упорядоченной элементарной структуры, повторяющейся во всех трёх измерениях. Другие формы — аморфные. Американские ученые неожиданно получили гибридный продукт, совмещающий элементы как кристаллической, так и аморфной структуры.

Сотрудники Института Карнеги начинали с приготовления фуллеренов С60, в пространство между которыми внесли органический растворитель ксилол. Затем полученную систему спрессовали, чтобы посмотреть на последствия стресса такого сорта.

При относительно низком давлении фуллерены сохраняли стойкость конструкции, но при дальнейшем увеличении силы сдавливания фуллереновые структуры разрушались с образованием более аморфных кластеров. При этом сами кластеры продолжали занимать вполне определённые места, образуя подобие кристаллической решётки.

Помимо обнаружения новой формы углерода, учёные определили, что её получение возможно только в очень узком интервале давлений (~320 000 атмосфер), при которых углеродная структура образуется и не возвращается в исходное фуллереновое состояние после снятия стресса. Материал испытали на сдавливание в алмазной наковальне. При этом вмятина совершенно неожиданно осталась на самом алмазе, а это значит, что ученым удалось открыть новую сверхтвёрдую форму углерода.

В процессе сдавливания фуллеренов при отсутствии растворителя (ксилола) материал терял свою кристаллическую периодичность. Поскольку существует множество похожих на ксилол растворителей, то теоретически возможно создание целого набора новых чуть различающихся углеродных аморфно-кристаллических решёток простым сдавливанием.

При этом, по аналогии с самим алмазом, новая структура, полученная при высоких давлениях, совершенно стабильна в нормальных условиях и может найти практическое применение в самых разных областях.