Ученые разобрались с процессом превращения графита в алмаз

Если воздействовать на графит умеренно высоким давлением, то он превращается в гексагональный алмаз (лонсдейлит), в то время как теория предсказывает преимущественное получение обычного кубического алмаза. Китайские физики заявили о разрешении этой многолетней проблемы. Работа опубликована в издании Journal of the American Chemical Society.

При давлении выше 20 гигапаскалей (около 200 000 атмосфер) теория и эксперимент сходятся: получаются в основном кубические алмазы. Однако при меньших давлениях симуляции предсказывали больше кубических, чем получалось в опытах. Согласно новым расчетам дело в скорости превращения, как сказали бы химики, в кинетике реакции. При помощи нового подхода удалось выяснить какие переходы требуют наименьшего количества энергии и определить, что скорость превращения в лонсдейлит примерно в 40 раз выше, поэтому даже когда обычные алмазы образуются, то большое количества гексагональных получается вместе с ними.

«Эта работа разрешает давнюю загадку о преимущественном получении гексагональных алмазов, — говорит Чжи-Пань Лю из Фуданьского университета. — Превращение графита в алмаз является типичным твердофазным переходом, поэтому полученные на этом примере знания пригодятся в химии высоких давлений и физике твердого тела». В новом исследовании было учтено формирование непосредственно самих зародышей кристаллизации — самых маленьких участков новой фазы. В предыдущих работах рассматривался только рост начиная уже с зародышей, который в случае лонсдейлита требует меньше энергии.

Используя новый подход под названием стохастическое блуждание по поверхности, ученым удалось выделить 7 промежуточных конфигураций с наименьшей энергией. Оказалось, что при переходе к гексагональной решетке возникает меньше напряжения, чем в случае кубической, поэтому стабильность последней меньше при умеренно высоких давлениях.