鑽石可以承受一點壓力。實際上,修改一下-鑽石可以承受很大的壓力。在一系列新的實驗中,科學家發現鑽石保持其晶體結構的壓力比地球核心高五倍。
這與鑽石在極高的壓力下應轉變為更穩定的結構的預測相矛盾,這表明鑽石在另一種結構會更穩定的條件下被粘為一種形式,這被稱為“易變的”。
這一發現對建模高壓環境(例如富含碳的行星的核心)具有重要意義。
碳幾乎盡其所能。它是宇宙中含量第四高的元素,可以在系外行星和恆星及其之間的空間中找到。它也是地球上所有已知生命的主要成分。沒有它,我們將不存在。這就是為什麼我們稱自己為基於碳的生活。
因此,碳引起了各種科學家的濃厚興趣。但是,很難找到一個可以找到碳的地方-富含碳的系外行星的核心。那裡的高壓很難複製,一旦達到高壓,被擠壓的材料就很難探測。
我們知道,碳在環境壓力下具有幾種同素異形體或變體結構,它們的物理性質差異很大。木炭,石墨和鑽石都是在不同的壓力下形成的,而鑽石則在約5或6吉帕斯卡的地下高壓下形成。
地球核心的壓力高達約360吉帕斯卡。在更高的壓力下-大約1,000千兆帕斯卡,是地球核心壓力的2.5倍多,科學家預測碳將再次轉變為幾個新的結構,這是我們從未見過或實現的。
實現瘋狂高壓的一種方法涉及使用金剛石砧和衝擊壓縮。用這種方法,碳氫化合物已經經受了45,000吉帕斯卡的壓力。該方法往往會破壞樣品,然後再探測其結構。
勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的物理學家艾米·拉齊基·傑尼(Amy Lazicki Jenei)領導的研究小組找到了另一種使其工作的方法。他們使用斜坡形的鐳射脈衝將固態碳樣品擠壓到2,000吉帕斯卡的壓力。同時,使用納秒持續時間的時間分辨X射線衍射來探測樣品的晶體結構。
這是使用X射線衍射探測材料時先前壓力的兩倍多。結果令團隊驚訝。
“我們發現,奇怪的是,在這些條件下的碳不會改變任何預測階段,但保留了菱形結構達到的最高壓力,” Jenei說。
“同樣的超強原子間鍵(需要高能才能斷裂),這些原子負責在環境壓力下無限長存的亞穩碳金剛石結構,在我們的實驗中也可能阻礙其超過1000吉帕斯卡的轉化。”
換句話說,當鑽石從地下深處帶出時,它不會鬆弛回到石墨中:從較高的壓力到較低的壓力。阻止這種回覆的強度可能就是為什麼鑽石不會在比形成時更高的壓力下重新排列成另一種同素異形體的原因。
這一發現可能會改變科學家建模和分析富含碳的系外行星的方式,包括神秘的鑽石行星。
同時,還有更多工作要做以瞭解結果。團隊並不完全確定為什麼鑽石如此強大-需要更多的研究來弄清楚為什麼鑽石在各種壓力下都是亞穩態的。
“無論性質已經發現了一種克服了高能量勢壘,以形成在外行星的內部預測相仍然是一個未解決的問題,” Jenei所述。
“使用替代壓縮途徑進行的進一步測量,或從具有較少能量來重新排列原子結構的碳的同素異形體開始,將提供進一步的見解。”