Раскрыт механиз образования альтернативной формы алмазов

МОСКВА, 12 ноября. /ТАСС/. Ученые из России нашли физическое объяснение тому, почему при сжатии графита изначально внутри его толщи формируется не классический алмаз с кубической кристаллической решеткой, а так называемый лонсдейлит, альтернативная форма этого ценного углеродного материала. Понимание этого поможет более точно управлять синтезом сверхтвердых материалов, сообщила пресс-служба «Сколтеха» (входит в группу ВЭБ.РФ).

«Оказалось, что растущий лонсдейлит лучше приспосабливается к графитовому окружению. Энергетический барьер для образования его оптимального зародыша примерно вдвое ниже, а критическое число атомов — в два-три раза меньше, чем у кубического алмаза. Иными словами, на начальной стадии природе выгоднее создать зародыш лонсдейлита, хотя для кристалла предпочтителен кубический алмаз», — пояснил профессор «Сколтеха» Павел Сорокин, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как объясняют профессор Сорокин и его коллеги по «Сколтеху» и НИТУ МИСИС, после открытия в середине прошлого столетия лонсдейлита, альтернативной формы алмазов с шестиугольной кристаллической решеткой, материаловеды столкнулись с интересной проблемой. Оказалось, что данная форма алмазов образуется при сжатии графита первой, несмотря на то, что на формирование лонсдлейлита в теории нужно затратить больше энергии.

Российским ученым удалось понять, почему это происходит, для чего исследователи провели серию расчетов при помощи специальной системы машинного обучения, способной просчитывать взаимодействия атомов на квантово-механическом уровне. В прошлом такие расчеты проводились при помощи специализированных алгоритмов, требовавших огромных расходов вычислительных ресурсов, однако недавно ученые начали создавать особые системы ИИ, обученные на результатах уже проведенных вычислений.

Опираясь на эти системы машинного обучения, материаловеды из НИТУ МИСИС и «Сколтеха» просчитали то, как зарождаются алмазы при сжатии пластов графита до давления в 177−218 тысяч атмосфер. Благодаря использованию новых алгоритмов ученым удалось проследить за поведением около 700 тыс. атомов, что впервые позволило материаловедам учесть наличие деформаций в структуре графита вокруг растущего «зародыша» алмаза.

Эти расчеты показали, что данные деформации по-разному влияли на процесс роста «зародышей» кубических и шестиугольных алмазов, в результате чего энергетический барьер для образования последних был в два раза меньше. Влияние этих деформаций быстро ослабевает по мере увеличения числа атомов в алмазе, в результате чего в большинстве случаев растущие шестиугольные алмазы спонтанно превращаются в обычные алмазы при достижении ими определенных размеров, подытожили исследователи.