Кристалл, известный под названием BC8, называют самым твёрдым из всех известных материалов. Но найти его, вероятнее всего, можно только в ядрах гигантских экзопланет. Теперь суперкомпьютер Frontier разградал секрет образования такого супералмаза, и это может дать возможность производить его на Земле.
Учёные умы уже давно предполагали, что такой материал может образоваться в условиях экстремального тепла и давления. Такие условия характерны для ядер планет, по крайней мере в два раза превышающих по размерам Землю. Создание BC8 в лаборатории в теории тоже возможно, но создать для этого подходящие условия крайне сложно, даже в теории.
Теперь группа учёных под руководством профессора Университета Южной Флориды Ивана Олейника получила доступ к самому быстрому в мире суперкомпьютеру Frontier, и это может всё изменить. С помощью него можно воссоздать миллионы ситуаций атомного моделирования при миллионах наборов условий, чтобы точно определить, что необходимо для формирования BC8.
Учёные скормили суперкомпьютеру огромное количество данных, чтобы обучить программный модуль LAMMPS выполнять необходимые вычисления. По словам Олейника, другие компьютеры просто не справляются с этой задачей.
Мы, по сути, отпечатали каждое атомное окружение вокруг каждого атома в системе из миллиарда атомов, которые могли возникнуть в ходе эволюции системы при экстремальных давлении и температуре. Без Frontier это было бы невозможно.
Иван Олейник
Профессор Университета Южной Флориды
Всего спустя 24 часа после запуска программы команда получила ответ. Оказалось, для превращения углерода в BC8 нужно совершить уникальное и немного неожиданное действие. В частности, традиционный алмаз сначала нужно расплавить, прежде чем углеродную жидкость можно будет перестроить в сверхпрочную структуру BC8. К процессу создания супералмаза необходимо добавить ещё один слой с давлением, в 12 миллионов раз превышающим давление земной атмосферы, и температурой 5 000 К, близкой к температуре поверхности Солнца.
Исследование показало, что такие условия можно воссоздать с помощью серии ударных волн определённого уровня. Теперь команда проверяет это на практике с помощью установки зажигания в Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, размеры которой сопоставимы со стадионом. В ней используется 192 мощных лазера для создания температуры около 100 миллионов °С и давления более 100 миллиардов земных атмосфер.
Пока учёные не достигли какого-то конкретного результата. Тем не менее даже простой алмаз благодаря своей высочайшей твёрдости играет важную роль во многих областях — от бурения передовых геотермальных скважин до использования в качестве полупроводника в ядерных батареях. Только представьте, чего человечество могло бы достичь с помощью супералмаза. Создание такого материала может дать толчок многим областям промышленности, уверены учёные.