Физикам удалось прояснить механизм превращения нанотрубок в наноалмазы. Статья исследователей появилась в журнале Physical Review B, а ее краткое изложение приводит Physical Review Focus.

Ранее исследователям уже было известно, что под воздействием плазмы в многостеночных нанотрубках (то есть нанотрубках, «свернутых» из нескольких слоев графита) формируются алмазные вкрапления. Механизм этого процесса, однако, оставался во многом неясным. В рамках нового исследования ученые использовали компьютерное моделирование, чтобы прояснить суть данного процесса. Для этого они численно решали уравнения, описывающие квантовое состояние атомов углерода, организованных в нанотрубку.

В результате им удалось установить, что для произвольной хиральности (ориентации гексагональных ячеек углеродного листа относительно оси нанотрубки) одностеночных компонент многостеночной нанотрубки в них существуют регионы, где атомы углерода могут формировать кубические ячейки обычного алмаза или гексагональные ячейки лонсдейлита. Последний называют еще гексагональным алмазом и находят в упавших на Землю метеоритах.

Ученым удалось также установить, что конфигурация атомов углерода в виде нанотрубки с алмазными вкраплениями имеет потенциальную энергию выше, чем конфигурация в виде обычной многостеночной нанотрубки. Это, в частности, позволяет объяснить роль плазмы в формировании наноалмазов – она обеспечивает приток энергии, необходимый для формирования более энергоемкой конфигурации.

Многостеночная нанотрубка в разрезе. Разными цветами отмечены разные одностеночные компоненты. Вверху хорошо виден лонсдейлитовый регион. Иллюстрация авторов исследования

По словам исследователей, подобные наноалмазы могут найти применение при построении наномеханизмов. При этом, однако, до практического их использования еще очень далеко. Дело в том, что исследователи пока не умеют контролировать хиральность нанотрубок, которая определяет места формирования и типы получаемых алмазных вкраплений.

Совсем недавно ученым удалось доказать, что самым твердым материалом является специальным образом обработанный лонсдейлит. Открытие также стало результатом компьютерного моделирования, поскольку практическое получение этого материала до сих пор является крайне сложной задачей. По расчетам исследователей, обработанный образец лонсдейлита должен ломаться при давлении 152 гигапаскаля (алмазы разрушаются при давлении в 97 гигапаскалей).