Sau nhiều thập kỷ mòn mỏi tranh cãi về một loại siêu vật liệu bí ẩn chỉ tồn tại ở các hố thiên thạch, các nhà khoa học Trung Quốc vừa dội một "quả bom" vào ngành khoa học vật liệu khi đã tự tay nuôi cấy thành công tinh thể kim cương lục giác siêu hiếm ngay trong phòng thí nghiệm.
Ảnh minh họa.
Nếu bạn nghĩ kim cương đính trên nhẫn cưới đã là thứ cứng nhất và hoàn hảo nhất, thì giới khoa học lại không cho là vậy. Kim cương thông thường sở hữu cấu trúc tinh thể lập phương, và dù rất cứng, các liên kết giữa các lớp carbon của chúng vẫn có những điểm yếu nhất định.
Thế nhưng, tự nhiên từng giấu một "con át chủ bài" mang tên Lonsdaleite – hay còn gọi là kim cương lục giác. Với mạng lưới nguyên tử sáu cạnh xếp chồng lên nhau bằng những liên kết ngắn và bền chặt hơn hẳn, Lonsdaleite từng được giới vật lý lý thuyết dự đoán có thể cứng hơn tới 50% so với kim cương truyền thống. Vấn đề duy nhất? Người ta chỉ thi thoảng mới mót được vài mẩu vụn tí hon của nó tại các địa điểm thiên thạch đâm xuống Trái đất.
Màn đột phá ở áp suất không tưởng
Mọi sự hoài nghi về việc liệu Lonsdaleite là một siêu vật liệu thực sự hay chỉ là "phiên bản lỗi" của kim cương thường đã chính thức bị đập tan.
Dưới sự dẫn dắt của nhà vật lý Chongxin Shan từ Đại học Trịnh Châu, một nhóm nghiên cứu Trung Quốc đã sử dụng phương pháp nhiệt độ cao, áp suất cao (HPHT) cực đoan. Họ đưa than chì vào giữa các đe kim loại và ép nó ở mức áp suất khủng khiếp: 20 gigapascal – tương đương 200.000 lần áp suất khí quyển Trái đất, đồng thời nung chảy ở nhiệt độ gần 3.500 độ F.
Kết quả thu được là những tinh thể kim cương lục giác "pha tinh khiết" có kích thước cỡ milimet, hoàn toàn rõ ràng và có thể đo lường được.
Cấu trúc của Lonsdaleite.
Sự thật về độ cứng đồn đoán
Vậy nó có thực sự cứng hơn 50% như lời đồn? Các bài kiểm tra khắt khe bằng tia X và kính hiển vi nguyên tử đã đưa ra một kết quả đầy bất ngờ rằng kim cương lục giác đúng là rắn chắc hơn và chịu nhiệt, chống oxy hóa tốt hơn hẳn kim cương thường. Tuy nhiên, độ cứng bề mặt của nó chỉ nhỉnh hơn một chút chứ không đạt mức siêu việt 50% như lý thuyết cũ. Điều này buộc giới khoa học sẽ phải viết lại sách giáo khoa về giới hạn độ cứng của carbon.
Dù không "phá đảo" thế giới về độ cứng tuyệt đối, sự xuất hiện của kim cương lục giác nhân tạo vẫn mở ra một chân trời mới. Nhờ khả năng chống chịu nhiệt độ và độ rắn vô song, siêu vật liệu này được kỳ vọng sẽ sớm thay thế kim cương thường trong các mũi khoan lõi Trái Đất, công cụ cắt gọt công nghiệp nặng hay cảm biến lượng tử thế hệ mới.
Hơn thế nữa, việc tái tạo thành công siêu vật liệu này trong phòng thí nghiệm còn trao cho các nhà địa chất một chiếc chìa khóa quý giá để giải mã lịch sử tàn khốc của những vụ va chạm thiên thạch kinh hoàng trong hệ mặt trời hàng tỷ năm trước.
