Jak se tvoří diamanty

Když meteorit obsahující grafit dopadne na zem, může kolizní teplo a tlak přetvořit tuto formu uhlíku na vzácný a extrémně tvrdý typ diamantu. Vědci dlouho diskutovali o tom, jak přesně se to na atomární úrovni děje. Nyní mohou badatelé zodpovědět některé otázky poté, co simulují přesný moment dopadu a sledují jeho přeměnu v reálném čase.

Fyzik Yogendra Gupta z Washingtonské státní univerzity se svými kolegy ve své kolizní komoře, první svého druhu, v Argonnské národní laboratoři napodobovali náraz meteoritu tím, že vystřelili kulku z fluoridu lithného do grafitového disku rychlostí 5,1 kilometrů za sekundu. Extrémně jasné rentgenové paprsky „fotografovaly“ událost rychlostí 150miliard okének za sekundu.

„Ve světě meteoritů se lidé vždy ptají, zda k tomuto přechodu z grafitu k diamantu dochází během stlačení, nebo při kombinaci deformace a (uvolnění napětí) po nárazu,… říká Gupta. „Velmi hezky ukazujeme, že tato změna probíhá během stlačení.“ Zvláště tento vzácný „hexagonální“ diamant – nazývaný tak pro svou krystalickou strukturu, vzniká při tlaku 500 000 atmosfér (50, 7 GPa) a v časovém měřítku milióntin sekundy.“ Tento objev napovídá, že náraz potřebný k vytvoření tohoto druhu diamantu by nemusel být tak prudký, jak se dříve věřilo.

Dřívější výzkum udával, že hexagonální diamant vzniká jen při tlaku téměř čtyřikrát tak vysokém – ale „to byl velký protimluv,“ říká Gupta. Jiné studie ukazovaly, jak se grafit začíná měnit při nižších tlacích, ale měření rentgenovými paprsky z těchto experimentů odhalují směs různých typů diamantů, takže „nikdo neví přesně, jak k přechodu dochází,“ vysvětluje. Většina předchozích prací zkoumala atomární transformace za postupného stlačování. Naproti tomu pokusy, které prováděl Gupta a jeho kolegové, ukazují, jak se hexagonální diamant vytváří přímo z grafitu během náhlého nárazu, v dokonalém vyrovnání se směrem nárazu. Studie byla zveřejněna v říjnu minulého roku v Science Advances.

„Na této práci je nejvíce vzrušující způsob, jakým vědci určili přesné umístění atomů, které byly na cestě z jedné krystalické struktury k jiné,“ říká Lorin Benedict, fyzik v Lawrence Livermore National Laboratory, který se práce neúčastnil.

Diamant si podržel svou podobu i poté, co byl tlak snížen – ale Gupta chce vědět, zda zůstane stabilní, když bude pnutí sníženo na nulu. Takové pokusy by mohly vést k novému způsobu vytváření diamantů pro průmyslové účely.      

—Rachel Berkowitz