Суперкомпьютер помог найти формулу материала прочнее алмаза

Исследователи из Университета Южной Флориды при помощи суперкомпьютера Frontier выяснили, как можно синтезировать материал, тверже всех известных веществ на Земле. Речь идет о BC8, который может существовать в ядрах гигантских экзопланет и обладает уникальными свойствами.

Алмазы широко используются не только в ювелирной индустрии, но и в промышленности благодаря своей прочности. Они находят применение в бурении геотермальных скважин и в ядерных батареях в качестве полупроводников. Однако возможность создания вещества, еще прочнее алмаза, открывает новые горизонты для технологий.

BC8, или восьмиатомный кубический алмаз, по предположениям ученых, может формироваться при экстремальных давлениях и температурах, которые встречаются в ядрах планет, превышающих размеры Земли в два раза. В лабораторных условиях требуется воссоздать давление в 10 миллионов раз превышающее атмосферное давление Земли и температуру, сравнимую с поверхностью Солнца.

Суперкомпьютер Frontier, расположенный в лаборатории Окридж, стал ключевым инструментом в исследовании. Он позволил смоделировать миллионы атомных взаимодействий и определить условия, необходимые для формирования BC8. В процессе моделирования использовалось программное обеспечение LAMMPS, специально обученное для выполнения необходимых расчетов.

Команда ученых под руководством профессора Ивана Олейника обнаружила, что для превращения углерода в BC8 необходимо сначала расплавить традиционный алмаз, чтобы жидкий углерод затем мог реорганизоваться в структуру BC8. Это требует еще более экстремальных условий – 12 миллионов атмосфер давления и температуры около 5000 K.

Теперь ученые планируют проверить теоретические результаты на практике в Национальной лаборатории Лоуренса Ливермора, где используются мощные лазеры для создания необходимых условий. Исследователи уверены в успехе благодаря расчетам, выполненным с помощью Frontier.

Эти новые данные не только углубляют понимание высокотемпературной физики, но и открывают путь к созданию новых сверхтвердых материалов, которые могут найти широкое применение в различных отраслях.

Результаты исследования были опубликованы в журнале The Journal of Physical Chemistry Letters .