Một đội gồm những nhà vật lí khoáng vật học tại trường Đại học Yale ở Mĩ lần đầu tiên vừa xác nhận qua những thí nghiệm áp suất cao cấu trúc của graphite nén lạnh, một dạng carbon có thể sánh về độ cứng với người họ hàng của nó, kim cương, nhưng chỉ cần áp suất để tổng hợp. Các nhà nghiên cứu tin rằng các kết quả của họ có thể mở ra hướng đi mới cho một chất liệu siêu cứng có thể trụ vững trước lực tác dụng lớn và có thể sử dụng – giống như các chất liệu gốc kim cương ngày nay – trong nhiều ứng dụng điện tử và công nghiệp. Nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature.
Dưới điều kiện bình thường, carbon tinh khiết biểu hiện những tính chất vật lí rất khác nhau tùy thuộc vào cấu trúc của nó. Ví dụ, graphite thì mềm, nhưng kim cương là một trong những chất liệu cứng nhất được biết. Graphite dẫn điện, còn kim cương là chất cách điện.
Phần bóng mờ cho thấy sự phá hỏng nghiêm trọng từ carbon-M.
Lưng chừng ở giữa là dạng carbon mới được đội Yale xác nhận, đặt tên là carbon-M và đã được dự đoán bởi các phương pháp lí thuyết từ hồi năm 2006. Carbon-M được tạo ra khi graphite bị nén đến áp suất xấp xỉ 200.000 lần áp suất không khí trong phòng, ở nhiệt độ phòng.
Mặc dù người ta đã quan sát thấy lần đầu tiên các biến thiên ở graphite dưới điều kiện áp suất cao và nhiệt độ phòng từ hồi 50 năm trước, nhưng chỉ lúc này thì cấu trúc tinh thể đó mới được xác nhận bởi thí nghiệm, sử dụng sự nhiễu xạ tia X thời gian dài, quang phổ học Raman và các kĩ thuật quang để xác nhận những tiên đoán này.
“Bên cạnh những tính chất cơ học độc đáo phát hiện thấy ở carbon-M, chúng tôi còn tìm thấy sự chuyển tiếp của graphite sang carbon-M là cực kì chậm và đòi hỏi thời gian dài để đạt tới sự cân bằng, đó có thể là một lí do nữa lí giải vì sao bài toán này vẫn chưa được giải trong nửa thế kỉ qua,” phát biểu của Yuejian Wang, tác giả đứng tên đầu của bài báo mới công bố.
Các nhà nghiên cứu cho biết cấu trúc trung gian này có đối xứng thấp hơn nhiều so với kim cương, nhưng nó cứng. Thật vậy, “nghiên cứu của chúng tôi cho thấy carbon-M cực kì khó nén và cứng, kình địch với các tính chất cực độ của kim cương đến mức nó làm hỏng cả kim cương,” phát biểu của nhà nghiên cứu Kanani K.M. Lee tại Yale.
Lee cho biết thêm, “Trong vài năm trở lại đây, nhiều tính toán lí thuyết đề xuất rằng ít nhất có một tá cấu trúc tinh thể khác nhau cho dạng pha mới này, nhưng các thí nghiệm của chúng tôi cho thấy chỉ có một cấu trúc tinh thể khớp với dữ liệu: carbon-M.”
Tham khảo: Scientific Reports DOI: 10.1038/srep00520
123physics (thuvienvatly.com)
Nguồn: Đại học Yale
