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 大自然需要數十億年才能完成的事情,如今科學家幾分鐘就能辦到了。

近日,一個由澳大利亞、美國兩國研究人員組成的科研團隊成功挑戰了大自然——他們在實驗室室溫下,幾分鐘內就制造出了鉆石。事實上,天然鉆石需要在地球深處極端壓力和溫度下經過數十億年的時間才能形成。

研究人員使用了一種被稱為金剛石壓砧(diamond anvil cell)的設備來產生超硬材料所需的極端壓力,這一壓力相當于將 640 頭非洲象“堆壓”在一只芭蕾舞鞋的鞋尖上,可以使金剛石壓砧中的碳原子發生意想不到的反應。

對此,論文作者之一、澳大利亞國立大學(ANU)朱迪·布拉德比(Jodie Bradby)教授表示,他們的這項技術突破就如超人一般——超人可以在不使用熱射線的情況下,將煤炭直接壓成鉆石。

Xingshuo Huang 是 ANU 的博士,也是論文的作者之一,目前在布拉德比的實驗室工作。在她看來,可以在室溫條件下制造兩種類型的鉆石,是一項令人興奮的成就。

圖 | Xingshuo Huang 手持用于制造鉆石的設備(來源:ANU)

他們制造了兩種鉆石:一種是常用于訂婚戒指上的鉆石,另一種是被稱為朗斯代爾石(Lonsdaleite)的鉆石(一種在美國迪亞布洛峽谷等隕石撞擊點發現的天然鉆石),這種鉆石的晶體結構與普通鉆石不同,硬度要高出 58%。

“實驗的關鍵點在于我們如何施加壓力。除了被施加極端壓力外,我們還為碳施加一種剪切力(shear)——類似于一種扭曲力或滑動力,這將使得碳原子移動到適當的位置,從而形成朗斯代爾石和普通鉆石。” 布拉德比教授說。

論文通訊作者、墨爾本皇家理工大學(RMIT University)教授杜戈爾·麥卡洛克(Dougal McCulloch)及其團隊通過使用先進的電子顯微鏡技術從實驗樣本中捕獲了實體和完整的切片,從而觀察這兩種類型的鉆石是如何形成的。

“切片圖像顯示,在我們的新方法下,普通鉆石只在這些朗斯代爾石脈(Lonsdaleite vein)中形成。這種現象太神奇了,有助于我們了解這些鉆石的形成方式。” 麥卡洛克說。

圖 | 普通鉆石形成于朗斯代爾石脈之間(來源:ANU)

研究人員表示,他們希望人們利用這項技術可以生產出數量可觀的人造鉆石,尤其是朗斯代爾石。由于朗斯代爾石硬度更大,其有望被用于在采礦現場切割超硬材料。
此外,快速制造出的鉆石也可以被用于新型保護鍍層和其他對自身硬度有一定需求的工業設備。

“制造更多這種罕見但超級有用的鉆石是這項工作的長期目標。” 布拉德比說。