Siêu kim cương BC8 cứng hơn bất kỳ vật liệu nào đã biết, nhưng chúng có thể chỉ tồn tại trong lõi của các ngoại hành tinh khổng lồ. Giờ đây, siêu máy tính Frontier đã giải mã được bí mật về sự hình thành của chúng, một phát hiện có thể dẫn đến việc sản xuất chúng trên Trái đất.
Kim cương không chỉ làm đồ trang sức bắt mắt mà còn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau trên khắp thế giới. Là chất cứng nhất thế giới - và nhờ cấu tạo độc đáo của chúng - chúng có vai trò trong mọi thứ, từ khoan giếng địa nhiệt tiên tiến đến làm chất bán dẫn trong pin hạt nhân.
Vì vậy, hãy tưởng tượng những khả năng nào có thể mở ra nếu chúng ta có thể tạo ra một chất thậm chí còn cứng hơn cả vật liệu cứng nhất mà loài người biết đến.
Trên thực tế, đó là những gì các nhà khoa học đã hình dung trong nhiều năm. Họ đã dự đoán rằng một vật liệu có tám nguyên tử carbon được đóng gói trong đó cho mỗi bốn nguyên tử tìm thấy trong một viên kim cương, có thể tồn tại dưới nhiệt độ và áp suất cực cao được tìm thấy trong lõi của các hành tinh lớn hơn Trái đất ít nhất gấp hai lần.
Có thể tạo ra "siêu kim cương" này được gọi là BC8 (viết tắt của khối lập phương tám nguyên tử tâm khối) trong phòng thí nghiệm, nhưng các điều kiện cần để tái tạo ít nhất cũng rất khó khăn. Một máy sao chép sẽ cần đạt áp suất gấp 10 triệu lần áp suất của khí quyển Trái đất và nhiệt độ gần bằng nhiệt độ bề mặt Mặt trời, do đó, việc chạy nhiều thí nghiệm vật lý để cố gắng sản xuất BC8 là không thực tế.
Hãy đến với siêu máy tính nhanh nhất thế giới: Frontier tại Phòng thí nghiệm Oak Ridge của Bộ Năng lượng. Nó có khả năng chạy hàng triệu tình huống mô hình hóa nguyên tử trong hàng triệu bộ điều kiện để xác định chính xác những gì cần thiết để tạo thành BC8. Một nhóm các nhà nghiên cứu do Ivan Oleynik, tác giả chính của nghiên cứu và là giáo sư vật lý tại Đại học Nam Florida, dẫn đầu, đã được phép truy cập Frontier để xem liệu nó có thể giúp họ giải mã BC8 hay không - và nó đã thành công.
Sau khi chạy LAMMPS trong khoảng 24 giờ bằng 8.000 trong số hơn 9.400 nút của Frontier, nhóm đã có được câu trả lời cho thấy một bước độc đáo và hơi bất ngờ cần thiết để biến carbon thành BC8. Họ phát hiện ra rằng kim cương truyền thống trước tiên cần phải tan chảy trước khi chất lỏng carbon có thể tự sắp xếp lại thành cấu trúc siêu bền của BC8.
"Đây là một khám phá mới theo nghĩa đó vì trong hầu hết các trường hợp, vật liệu chuyển đổi từ pha tinh thể này sang pha tinh thể khác bằng cách sắp xếp lại đồng bộ cấu trúc nguyên tử", Oleynik cho biết. "Nhưng các liên kết carbon tạo nên kim cương rất bền, chúng ta phải làm tan chảy kim cương để biến nó thành pha tinh thể BC8 mới. Vì vậy, điều đó thêm một lớp nữa vào quá trình này với áp suất và nhiệt độ thậm chí còn khắc nghiệt hơn - gấp 12 triệu lần áp suất của bầu khí quyển Trái đất và 5.000 K, gần bằng nhiệt độ bề mặt của mặt trời".
Nghiên cứu cho thấy rằng những điều kiện như vậy có thể được tạo ra thông qua một loạt sóng xung kích và cung cấp cho nhóm nghiên cứu mức sóng chính xác phù hợp để đạt được nhiệt độ và áp suất cần thiết để hình thành BC8.
Nguồn: NewAtlas
12 Phát minh tuyệt vời cho việc khai thác gỗ
