激光网3月19日消息，金刚石是已知的最坚固的材料。然而，据预测，另一种形式的碳比钻石更坚韧。挑战在于如何在地球上创造它。
八原子体心立方晶体是一种独特的碳相：不是金刚石，但非常相似。预计 BC8 是一种更坚固的材料，其抗压缩性比金刚石高 30%。据信它位于富含碳的系外行星的中心。如果BC8可以在环境条件下回收，则可以将其归类为超级钻石。
从理论上讲，这种结晶高压相的碳在超过1000万个大气压的压力下是最稳定的碳相。
“在环境条件下，碳的BC8相将是一种新的超硬材料，可能比金刚石更坚韧，”南佛罗里达大学物理学教授Ivan Oleynik说，他最近发表在《物理化学快报》上的一篇论文的资深作者。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室科学家马里乌斯·米洛说：“尽管为合成这种难以捉摸的碳晶相做出了许多努力，包括以前的国家点火设施活动，但它尚未被观察到，”他也参与了这项研究。“但我们相信它可能存在于富含碳的系外行星中。
最近的天体物理观测表明，富含碳的系外行星可能存在。这些天体的特点是质量相当大，在其内部深处承受着巨大的压力，达到数百万个大气压。
“因此，这些富含碳的系外行星中普遍存在的极端条件可能会产生碳的结构形式，如钻石和BC8，”Oleynik说。“因此，深入了解BC8碳相的特性对于开发这些系外行星的精确内部模型至关重要。
BC8 是硅和锗的高压相，可在环境条件下恢复，理论表明 BC8 碳在环境条件下也应该是稳定的。
LLNL科学家和合著者乔恩·埃格特表示，金刚石如此坚硬的最重要原因是金刚石结构中四个最近邻原子的四面体形状与元素周期表中第14列元素中四个价电子的最佳配置完全匹配。
“BC8 结构保持了这种完美的四面体最近邻形状，但没有在钻石结构中发现的解理面，”Eggert 说，他同意 Oleynik 的观点，“在环境条件下，碳的 BC8 相可能比金刚石坚韧得多。
通过在世界上最快的百万亿亿次级超级计算机Frontier上进行数百万次原子分子动力学模拟，该团队发现了金刚石在非常高的压力下的极端亚稳态，大大超出了其热力学稳定性范围。
成功的关键是开发了非常精确的机器学习原子间势，该势在各种高压和温度条件下以前所未有的量子精度描述了单个原子之间的相互作用。
“通过在基于GPU Frontier上有效地实现这种潜力，我们现在可以在实验时间和长度尺度上准确模拟极端条件下数十亿个碳原子的时间演化，”Oleynik说。“我们预测，金刚石后的BC8相只能在碳相图的狭窄、高压、高温区域内进行实验。
其意义是双重的。首先，它阐明了先前实验无法合成和观察难以捉摸的碳BC8相的原因。这种局限性源于BC8只能在非常狭窄的压力和温度范围内合成。
此外，该研究预测了可行的压缩途径，以进入这个高度受限的结构域，从而实现BC8合成。Oleynik、Eggert、Millot 和其他人目前正在合作，使用 NIF 上的 Discovery Science 镜头分配来探索这些理论途径。
该团队梦想有一天在实验室中培育出一颗 BC8 超级钻石，只要他们能够合成该相，然后将 BC8 晶种晶体恢复到环境条件。
