19:59 2024-03-18
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Simulările pe supercomputer ale super-diamantului sugerează o cale către crearea acestuia
_ Simulări de supercomputer ale super-diamantului sugerează o cale către crearea sa
Diamantul este cel mai puternic material cunoscut. Cu toate acestea, s-a prezis că o altă formă de carbon este chiar mai dura decât diamantul. Provocarea este cum să-l creăm pe Pământ.
Cristalul cubic de opt atomi centrat pe corp (BC8) este o fază distinctă de carbon: nu diamant, ci foarte asemănător. Se estimează că BC8 va fi un material mai puternic, prezentând o rezistență la compresie cu 30% mai mare decât diamantul. Se crede că se găsește în centrul exoplanetelor bogate în carbon. Dacă BC8 ar putea fi recuperat în condiții ambientale, ar putea fi clasificat ca un super-diamant.
Această fază cristalină de înaltă presiune a carbonului este teoretic prezisă a fi cea mai stabilă fază a carbonului la presiuni care depășesc 10 milioane atmosfere.
„Faza BC8 a carbonului în condiții ambientale ar fi un nou material foarte dur, care ar fi probabil mai dur decât diamantul”, a spus Ivan Oleynik, profesor de fizică la Universitatea din Florida de Sud (USF). ) și autor principal al unei lucrări publicate recent în The Journal of Physical Chemistry Letters.
„În ciuda numeroaselor eforturi de a sintetiza această fază cristalină de carbon evazivă, inclusiv campaniile anterioare ale National Ignition Facility (NIF), încă nu să fie observate”, a declarat Marius Millot, om de știință al Laboratorului Național Lawrence Livermore (LLNL), care a fost implicat și în cercetare. „Dar noi credem că poate exista în exoplanete bogate în carbon.”
Observații astrofizice recente sugerează prezența plauzibilă a exoplanetelor bogate în carbon. Aceste corpuri cerești, caracterizate printr-o masă considerabilă, suferă presiuni gigantice care ating milioane de atmosfere în interiorul lor adânc.
„În consecință, condițiile extreme care predomină în aceste exoplanete bogate în carbon pot da naștere unor forme structurale de carbon precum ca diamant și BC8”, a spus Oleynik. „Prin urmare, o înțelegere aprofundată a proprietăților fazei de carbon BC8 devine critică pentru dezvoltarea unor modele interioare precise ale acestor exoplanete.”
BC8 este o fază de înaltă presiune atât a siliciului, cât și a germaniului, care este recuperabil în condiții ambientale, iar teoria sugerează că carbonul BC8 ar trebui să fie stabil și în condiții ambientale.
Omul de știință și coautor al LLNL Jon Eggert a spus că cel mai important motiv pentru care diamantul este atât de dur este că forma tetraedrică dintre cei patru atomi vecini cei mai apropiați din structura diamantului se potrivește perfect cu configurația optimă a celor patru electroni de valență din coloana-14 elemente din tabelul periodic (începând cu carbon, urmat de siliciu și germaniu).
„Structura BC8 menține această formă tetraedrică perfectă a vecinului cel mai apropiat, dar fără planurile de clivaj găsite în structura diamantului”, a spus Eggert, fiind de acord cu Oleynik că „faza BC8 a carbonului în condiții ambientale ar fi probabil mult mai dură decât diamantul”.
Prin mai multe milioane de simulări de dinamică moleculară atomică pe Frontier, cel mai rapid supercomputer exascal din lume, echipa a descoperit metastabilitatea extremă a diamantului la presiuni foarte mari, depășind semnificativ intervalul de stabilitate termodinamică.
Cheia succesului a fost dezvoltarea unui potențial interatomic de învățare automată foarte precis, care descrie interacțiunile dintre atomi individuali cu o precizie cuantică fără precedent într-o gamă largă de condiții de presiune și temperatură înaltă.
„Prin implementarea eficientă a acestui potențial pe Frontier bazat pe GPU (unitate de procesare grafică), acum putem simula cu acuratețe evoluția în timp a miliardelor de atomi de carbon în condiții extreme la scară experimentală de timp și lungime”, a spus Oleynik. „Am prezis că faza BC8 post-diamantă va fi accesibilă experimental numai într-o regiune îngustă, de înaltă presiune și temperatură înaltă a diagramei de fază a carbonului”.
Semnificația este dublă. În primul rând, elucidează motivele din spatele incapacității experimentelor anterioare de a sintetiza și observa faza evazivă BC8 a carbonului. Această limitare apare din faptul că BC8 poate fi sintetizat doar într-un interval foarte îngust de presiuni și temperaturi.
În plus, studiul prezice căi de compresie viabile pentru a accesa acest domeniu extrem de restrâns în care sinteza BC8 devine realizabilă. Oleynik, Eggert, Millot și alții colaborează în prezent pentru a explora aceste căi teoretice folosind alocările de împușcături Discovery Science pe NIF.
Echipa visează să crească într-o zi un super-diamant BC8 în laborator, dacă ar putea doar ar putea. sintetizează faza și apoi recuperează un cristal semințe BC8 înapoi la condițiile ambientale.
Comentarii:
Adauga Comentariu