Ученые из Сколтеха и НИТУ МИСИС выяснили, почему при превращении графита в алмаз под высоким давлением первой может возникать менее стабильная гексагональная форма углерода — лонсдейлит. Результаты моделирования опубликованы в журнале Carbon.
Исследователи сравнили поведение зародышей кубического алмаза и лонсдейлита при давлениях 18–22 гигапаскаля. Для этого использовались компьютерные модели, включавшие до 700 тысяч атомов. Оказалось, что на нанометровом масштабе решающую роль играет не только внутренняя энергия кристалла, но и затраты на деформацию окружающего графита и формирование границы с ним. Лонсдейлит лучше приспосабливается к окружению, поэтому энергетический барьер для его появления примерно вдвое ниже, а критический размер зародыша в два–три раза меньше, чем у кубического алмаза.
Авторы предложили следующий сценарий: сначала зарождается лонсдейлит, а по мере роста и ослабления напряжений на границе с графитом он перестраивается в обычный кубический алмаз. Если же перестройка затруднена, лонсдейлит может сохраниться. Понимание этого механизма поможет точнее управлять синтезом сверхтвердых материалов.