世界最硬超級鑽石！美國已發現合成辦法，正用激光核聚變裝置製造

世界上最硬的東西是鑽石，但理論上還有一種東西比鑽石更硬，那就是BC8，一種完全不現實，可能只存在於至少比地球大兩倍的巨型系外行星高溫高壓核心中的超級鑽石。

不過現在，美國南佛羅里達大學已經利用全球最快的超級計算機Frontier找到了在地球上製造它的辦法，並已經開始在世界上最強大的激光裝置，人類歷史上首次實現可控核聚變的國家點火裝置中製造。

這一連串的最是不是已經把你打懵了？這也是超級鑽石的最大特點，非得用最極端的方法，在最極端的環境中才能製造出來。

鑽石在化工中被稱爲金剛石，由碳元素構成，是石墨的同素異構體，由於碳-碳鍵極強，所有價電子都參與了共價鍵的形成，沒有自由電子，所以鑽石硬度極大，是世界上硬度最大的物質。

普通鑽石具有面心立方（FCC）結構，而BC8是體心立方（BCC）。由於BC8結構中碳原子排列更加緊密，原子密度是普通鑽石的8倍，因而其硬度也更高。

BC8的形成需要1000萬個大氣壓，溫度接近太陽表面的極端環境，因而被認爲需要在比地球至少大兩倍的行星核心中才能形成。

但南佛羅里達大學物理學教授伊萬·奧萊尼克（Ivan Oleynik）的團隊卻不信這個邪，他們申請到了世界上最快的超級計算機，美國能源部橡樹嶺實驗室Frontier的使用時間，訓練了一個模擬大規模原子/分子運行的LAMMPS軟件模塊，使用了Frontier9,400 多個節點中的 8,000個節點，對10多億個原子執行了超過100萬個時間步驟的分子動力學模擬，24小時後終於找到了他們想要的答案。

要形成BC8的超強結構，需要將普通鑽石熔化才能重新排列成BC8的晶相，並且需要比預期更大的壓力，也就是1200萬個大氣壓，以及5000K的高溫。

最令人驚喜的是，超算也給出了製造這種超級鑽石的方法，那就是通過一系列衝擊波來合成，並且給出了達到溫度、壓力所需的衝擊波水平。

也就是說，我們雖然不能創造巨大行星中心那種一直保持極端壓力和高溫的環境，但通過脈衝式的衝擊波壓力，也是可以製造出這種超級鑽石的。

而這種衝擊波，研究團隊認爲，世界上最強大的激光裝置，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置是可以提供的，目前他們已開始在該裝置中進行嘗試。奧萊尼克說，雖然不敢保證一定成功，但他們非常有信心。

國家點火裝置面積和體育場差不多大，可以使用192束強大激光，產生1億度的高溫和1000億個大氣壓力，此前已多次實現Q值大於1的可控核聚變點火，也是目前世界上所有核聚變裝置，包括托克馬克中唯一實現這一目標的設備。

這項研究已發表在1月25日《物理化學快報》上。

參考：Extreme Metastability of Diamond and its Transformation to the BC8 Post-Diamond Phase of Carbon

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.3c03044