Bilim Adamları Sonunda Zor Bulunan Bir Göktaşı Elması Ürettiler. Bu Elmasın Dünya Elmaslarından %50 Daha Sert Olduğu Tahmin Ediliyor

Bilim adamları, lonsdaleit veya altıgen elmas olarak da bilinen, normalde Dünya'da bulunan elmaslardan daha sert olduğu tahmin edilen ilk büyük meteor elmasını yarattılar.

Bilim adamları 30 Temmuz'da Nature dergisinde yayınladıkları makalede, yüksek basınç ve yüksek sıcaklık tekniği ile bu ultra sert elmasın küçük diskleri oluşturulduğunu ve bu elmasların sondaj aletleri ve elektronik cihazlar gibi uygulamalarda geleneksel elmasların yerini alabileceğini bildirdi.

Elmaslar, dünyanın en sert doğal maddesi olma rekorunu elinde tutuyor. Sonsuz olarak tekrarlanan moleküler yapıda her karbon atomu, diğer karbon atomlarıyla 109,5 derecelik bir açı ile ayrılmış dört eşit uzunlukta bağ oluşturarak sonsuz bir dizi mükemmel tetrahedra oluşturur. Yan taraftan bakıldığında, bu yapı üç tekrar eden karbon atomu katmanı (A, B ve C olarak etiketlenmiş) içeriyor gibi görünür ve bu, elmasa kristalografların yüz merkezli kübik kristal yapı olarak adlandırdıkları özelliği verir.

Ancak 1960'larda, elmasın biraz farklı bir yapısı önerildi ve bu yapının küçük saf olmayan kristalleri, yaklaşık 50.000 yıl önce Arizona çölüne düşen Canyon Diablo göktaşında keşfedildi.

Kübik elmastan farklı olarak, bu formda iki farklı bağ uzunluğu vardır — biri normal elmastan biraz daha uzun, diğeri ise biraz daha kısadır. Karbon atomları hala sonsuz tetrahedra düzlemlerinde düzenlenmiştir. Ancak bu sefer, yandan bakıldığında, yapı sadece iki tekrar eden katman (A ve B olarak etiketlenmiş) içerir. Karbon katmanlarındaki bu hafif kayma, meteor elmasına altıgen bir yapı kazandırır ve bilim adamları, bunun katının sertliğini %58 oranında artıracağını teorize ederler.

Ancak, analiz edilecek kadar büyük bu altıgen yapıdan örnekler hazırlamak zor olmuştur. Dahası, orijinal meteor örneğinde grafit, kübik elmas ve amorf karbon gibi diğer kirletici karbon formlarının varlığı, birçok kişinin altıgen elmasın varlığından şüphe etmesine neden olmuştur.

Canyon Diablo meteorik parçasıdan esinlenen Wenge Yang ve Pekin'deki Yüksek Basınç Bilimi ve Teknolojisi İleri Araştırma Merkezi'ndeki meslektaşları, laboratuvarda Dünya'ya çarpmanın yoğun koşullarını yeniden üretmeye çalışarak, bir elmas örs hücresi kullanarak yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı bir sentez geliştirdiler. Bu cihaz, bir numuneyi elmasdan yapılmış iki düz yüzey arasında ezerek sıkıştırır. Başka bir karbon formu olan saflaştırılmış grafitten başlayarak, malzemeyi yavaşça ve dikkatlice sıkıştırdılar ve kayan atomları lazerle hedefli ısı uygulayarak sabitlediler.

Yang, Live Science'a gönderdiği bir e-postada, “Yaklaşık 20 GPa (200.000 atmosfer) basınçta, grafitin düz karbon katmanları kaymaya ve komşu katmanlarla bağlanmaya zorlanır ve altıgen elmasın karakteristik özelliği olan bükülmüş karbon bal peteği oluşur” dedi. “1400 °C [2552 Fahrenheit] üzerindeki lazer ısıtma bu geçişi kolaylaştırır.” Altıgen elmasın bu çarpık tetrahedraları oluştuktan sonra, ekip basıncı yavaşça serbest bırakarak yeni kristalin kendiliğinden grafit haline dönmemesini sağladı.

Ekip daha sonra kristal yapıyı görüntülemek ve başarılarını doğrulamak için güçlü teknikler kullandı. Kristal disk, kübik elmasın rastgele parçalarını içeren bir miktar safsızlık içerse de, elektron mikroskobu görüntüleri AB karbon katmanlarını açıkça gösterdi ve X-ışını kristalografisi altıgen yapıyı ortaya çıkardı.

“Bu iyi bir ilk gösteri,” dedi, araştırmaya katılmayan, İngiltere'deki Cardiff Üniversitesi'nde elmas uygulamaları konusunda uzmanlaşmış fizikçi Soumen Mandal. “Şimdi, fiziksel ve mekanik özelliklerini, termal özelliklerini, elektriksel özelliklerini, tüm bunları keşfetmeye başlamak için saf kristallere ve daha fazla malzemeye ihtiyacımız var.”

Araştırmaya göre, sertlik testi genellikle Yang'ın ekibinin ürettiğinden daha büyük numuneler gerektirir. Ancak, yeni malzemenin en az normal elmaslar kadar sert olduğunu doğruladılar ve Yang, daha büyük ve daha saf kristallerle yapılacak sonraki deneylerin yakında somut bir cevap vereceğini umuyor.

Ekip, altıgen elmasın hassas makineler, yüksek performanslı elektronikler, kuantum teknolojileri ve termal yönetim sistemleri gibi endüstriyel teknolojilerde geleneksel elmasın yerini almaya başlamasını istiyor, ancak bu tür uygulamalar için hala 10 yıl daha beklemek gerekebilir.

“Gelecekte hedefimiz, gerçek dünya uygulamalarına uygun daha büyük, yüksek kaliteli altıgen elmas örnekleri üretmektir” dedi. “Bu çabalar, altıgen elmasın özelliklerini belirli uygulamalara göre uyarlama ve endüstriyel olarak benimsenmesinin önünü açma konusunda yardımcı olacaktır.”

Bu yazı LIVESCIENCE’ de yayınlanmıştır.