Todos los intentos anteriores de fabricar el conocido como “súper diamante” BC8 en el laboratorio, han fracasado. Ahora, con la ayuda del superordenador Frontier, los investigadores esperan poder ver materializado este elusivo pero interesante diamante.
Frontier, es un supercomputador estadounidense que ha traspasado los límites de lo que pueden hacer las máquinas. Desarrollado por un equipo de expertos del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) en Tennessee, es el resultado de una asociación entre el Departamento de Energía de EE. UU. y gigantes tecnológicos como Hewlett Packard Enterprise (HPE) y Advanced Micro Devices (AMD). Su destreza es brutal. Es una maravilla de la ingeniería que se utiliza para la modelización climática, la investigación farmacéutica, la inteligencia artificial o la física.
Descubren la forma de crear un cristal más duro que el diamante
Creando un diamante súper fuerte
Sabemos que el diamante es el material natural más fuerte que conocemos. Bajo intenso calor y presión bajo la superficie de la Tierra, un átomo de carbono se une con cuatro átomos más, formando diamantes. Pero, ¿se puede fabricar algo más duro aún?
Una colaboración entre investigadores de la Universidad del Sur de Florida (USF) y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) ha utilizado el superodenador a exaescala Frontier para simular la creación de una cúbica centrada en el cuerpo (BC8) de ocho átomos, una fase cristalina de carbono alta presión -una forma ultradensa de carbono-, que se estima que es más fuerte que el diamante.
¿En exoplanetas?
«La fase BC8 del carbono en condiciones ambientales sería un nuevo material súper duro que probablemente sería más resistente que el diamante«, explicó Ivan Oleynik, profesor de física de la Universidad del Sur de Florida (USF) y autor principal del estudio publicado en la revista The Journal of Physical Chemistry Letters. «A pesar de numerosos esfuerzos para sintetizar esta esquiva fase cristalina de carbono, incluidas campañas anteriores del Centro Nacional de Ignición (NIF), aún no se ha observado», dijo Marius Millot, quien también participó en la investigación. «Pero creemos que puede existir en exoplanetas ricos en carbono».
Los científicos conocen el BC8 desde hace décadas, pero nunca han observado la estructura atómica. Sin embargo, las simulaciones informáticas apuntan a una forma viable por la que podría formarse el BC8. Este descubrimiento podría cambiar las reglas del juego para una gran variedad de industrias.
Los diamantes son la sustancia natural más dura de la Tierra
BC8 sería un 30% más resistente a la compresión que los diamantes, según el estudio. Pero la nueva simulación revela que el material sólo puede fabricarse en un rango estrecho de presiones y temperaturas, lo que podría hacer posible esa síntesis en el futuro.
Podría ser posible
Los investigadores creen que cree que algunos exoplanetas podrían ser muy ricos en carbono y las presiones en el centro de mundos como estos podrían fácilmente ser suficientes para satisfacer las necesidades de presión y temperatura para que se formaran.
«Las condiciones extremas que prevalecen dentro de estos exoplanetas ricos en carbono pueden dar lugar a formas estructurales de carbono como el diamante y el BC8», dijo en un comunicado de prensa el profesor Ivan Oleynik de la Universidad del Sur de Florida. «Por lo tanto, una comprensión profunda de las propiedades de la fase de carbono BC8 se vuelve fundamental para el desarrollo de modelos interiores precisos de estos exoplanetas».
Las simulaciones muestran que BC8 sólo se forma en una banda estrecha de presión y temperatura
¿Por qué sería más duro que el diamante? La estructura BC8 mantiene esta forma tetraédrica típica del diamante, pero lo hace sin el patrón de división que se encuentra en los diamantes. Por lo tanto, se espera que BC8 sea más fuerte que los diamantes en condiciones ambientales.
Los resultados de la simulación aportan interesantes respuestas sobre por qué los intentos anteriores de sintetizar BC8 habían fracasado y también cómo se podría crear el cristal en el laboratorio, algo que seguro será el siguiente paso. De hecho, los investigadores están haciendo nuevos intentos de sintetizar el material en la Instalación Nacional de Ignición de LLNL, lo que implica colisionar diamantes dos veces a más de 72.000 km/h y luego comprimirlos bajo enormes presiones.
A pesar del enorme coste que implicaría fabricar algo como esto, esa dureza extra del nuevo material podría resultar invaluable en la sociedad actual.
El equipo sueña con algún día cultivar un superdiamante BC8 en el laboratorio
Referencias:
- Kien Nguyen-Cong et al, Extreme Metastability of Diamond and its Transformation to the BC8 Post-Diamond Phase of Carbon, The Journal of Physical Chemistry Letters (2024). DOI: 10.1021/acs.jpclett.3c03044
- Gao, Y., Ying, P., Wu, Y., Chen, S., Ma, M., Wang, L., Zhao, Z., & Yu, D. (2019). First-principles studies of superhard BC8N structures. Journal of Applied Physics. https://doi.org/10.1063/1.5090996.
- Shi, J., Liang, Z., Wang, J., Pan, S., Ding, C., Wang, Y., Wang, H., Xing, D., & Sun, J. (2023). Double-Shock Compression Pathways from Diamond to BC8 Carbon.. Physical review letters, 131 14, 146101 . https://doi.org/10.1103/physrevlett.131.146101.
- Mandal, S., Bland, H., Cuenca, J., Snowball, M., & Williams, O. (2019). Superconducting boron doped nanocrystalline diamond on boron nitride ceramics.. Nanoscale, 11 21, 10266-10272 . https://doi.org/10.1039/C9NR02729G.
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