В 1962 году исследователи выдвинули гипотезу о том, что привычная кубическая форма алмаза – не предел твёрдости этого минерала. С тех пор учёные по всему миру пытались создать гексагональный алмаз, который теоретически должен быть примерно на 50% твёрже обычного. Новая работа китайских исследователей, возможно, наконец ставит точку в этой гонке.

В статье, опубликованной в журнале Nature, описан синтез «миллиметрового фазово-чистого гексагонального алмаза». Кристалл был получен путём сжатия графита при высоких температурах по строго определённой методике. Полученный алмаз размером около 1 миллиметра оказался немного твёрже, жёстче и устойчивее к окислению по сравнению с кубическими алмазами.

Команда тщательно изучила образец с помощью рентгеновских лучей и микроскопов атомарного разрешения. Анализ подтвердил гексагональную структуру кристалла с минимальным количеством дефектов. По словам исследователей, полученный результат может стать самым убедительным на сегодняшний день доказательством существования гексагональных алмазов.

Всего через пять лет после первого теоретического предсказания геологи заявили об обнаружении природного гексагонального алмаза – внутри метеорита. Уникальную структуру назвали лонсдейлитом. Примерно в то же время другая лаборатория сообщила о получении гексагональных алмазов путём сжатия графита.

Однако спустя почти полвека два отдельных исследования (под руководством одного и того же учёного) показали, что ни лонсдейлит, ни лабораторный кристалл не были настоящими гексагональными алмазами. Обе структуры оказались обычными кубическими алмазами с необычными дефектами.

В начале 2020-х годов другие попытки создали некоторые вариации «лонсдейлита», но образцы были либо слишком крошечными, либо существовали лишь несколько наносекунд. Как сказано в статье:

В результате существование гексагональных алмазов остаётся спорным и неподтверждённым, главным образом из-за сложностей с производством объёмных фазово-чистых образцов, что препятствовало дальнейшему пониманию их собственных свойств.

Для создания гексагонального алмаза команда использовала высокоориентированный графит – синтетический углеродный материал, широко применяемый в передовых химических исследованиях.

Графитовый лист поместили между наковальнями из карбида вольфрама и подвергли давлению в 20 гигапаскалей – это в 200 000 раз выше атмосферного. Температура при этом составляла от 1 300 до 1 900 градусов Цельсия.

Исследователи также определили конкретный угол сжатия графита – давление прикладывалось сверху, а не с боков. Такой подход позволил получить чистый гексагональный алмаз размером около 1 миллиметра. Микроскопы атомарного разрешения подтвердили, что атомы углерода в кристалле уложены в уникальную гексагональную конфигурацию.

При тестировании свойств алмаз ожидаемо показал повышенную жёсткость и устойчивость к окислению. Правда, по твёрдости гексагональный алмаз лишь незначительно превзошёл обычный – далеко от предполагаемой разницы в 50%.

Исследователи утверждают, что работа «разрешает давний спор о существовании гексагональных кристаллов», однако научному сообществу ещё предстоит вынести окончательный вердикт – материаловеды известны своим скептическим отношением к подобным заявлениям. Если же результаты подтвердятся, это станет значимым прорывом – обычные алмазы и без того незаменимы в промышленности, а ещё более твёрдая и прочная версия может открыть новые возможности для производства.