Un material más duro que el diamante está en camino

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Un material más duro que el diamante está en camino

Las simulaciones por supercomputadora que predicen las rutas de síntesis del esquivo "súper diamante" BC8, que implican compresiones de choque del precursor del diamante, inspiran los experimentos en curso de Discovery Science en el NIF. / Mark Meamber/LLNL.

Un equipo internacional de físicos ha logrado avances significativos en la creación en laboratorio de una forma elusiva de carbono conocida como la fase BC8, que promete ser hasta un 30% más resistente a la compresión que el diamante, el material más duro conocido hasta la fecha.

El descubrimiento, publicado en The Journal of Physical Chemistry Letters, es el resultado de simulaciones moleculares dinámicas cuánticamente precisas realizadas por físicos de Estados Unidos y Suecia, utilizando uno de los supercomputadores más potentes del mundo. 

Estas simulaciones exploraron el comportamiento del diamante bajo presiones extremadamente altas y temperaturas que se esperaría lo hicieran inestable. El trabajo reveló nuevas pistas sobre las condiciones necesarias para transformar los átomos de carbono en diamante hacia la inusual estructura BC8.

 

Dureza atómica

Hasta ahora, la fase BC8 se había observado en la Tierra solo en dos materiales: el silicio y el germanio. Extrapolando las propiedades observadas en esos materiales, los científicos han determinado cómo se manifestaría esta fase en el carbono.

Se teoriza que esta forma de carbono, que aún no existe naturalmente en la Tierra, podría encontrarse en los ambientes de alta presión dentro de exoplanetas lejanos, representando la forma más dura de carbono capaz de permanecer estable bajo presiones superiores a 10 millones de veces la presión atmosférica terrestre.


La clave de la dureza del diamante radica en su estructura atómica, organizada en una red tetraédrica donde cada átomo de carbono está vinculado de forma tetraédrica a sus cuatro vecinos más cercanos. «La estructura BC8 mantiene esta forma tetraédrica ideal de vecinos más cercanos pero sin los planos de clivaje encontrados en la estructura del diamante», explica Jon Eggert, físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. Esto significa que la fase BC8 de carbono, en condiciones ambientales normales, probablemente sería mucho más dura que el diamante. Sin embargo, cualquier intento por sintetizar el carbono BC8 en laboratorio no tenía éxito.

 

Simulaciones 

Ahora, Kien Nguyen Cong, físico de la Universidad del Sur de Florida, utilizó junto a su equipo el supercomputador Frontier del Laboratorio Nacional Oak Ridge para simular las interacciones entre átomos individuales en condiciones extremas de presión y temperatura. Esta simulación, realizada en el supercomputador más rápido del mundo, permitió reproducir la evolución de miles de millones de átomos de carbono, lo que arrojó luz sobre los desafíos en la síntesis de carbono BC8.

 

Frontier, la supercomputadora más rápida del mundo

 

Los resultados indicaron que la fase BC8 del carbono solo sería experimentalmente accesible en una estrecha región de alta presión y temperatura en el diagrama de fases del carbono. El físico Ivan Olyenik, aclaró que esta fase solo se podría lograr en condiciones específicas.

Esta comprensión abre nuevas posibilidades para la síntesis de carbono BC8. Los investigadores están realizando experimentos inspirados en esta teoría en las instalaciones del National Ignition Facility, con la esperanza de lograr la síntesis de esta fase. Esperamos nuevas noticias pronto.

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