Las simulaciones de una esquiva molécula de carbono que deja a los diamantes en el polvo para darles dureza pueden allanar el camino para crearla en un laboratorio.
Conocida como fase cúbica centrada en el cuerpo de ocho átomos (BC8), se espera que la configuración sea hasta un 30 por ciento más resistente a la compresión que el diamante, el material estable más duro conocido en la Tierra.
Físicos de EE. UU. y Suecia realizaron simulaciones de dinámica molecular con precisión cuántica en una supercomputadora para ver cómo se comportaba el diamante bajo alta presión cuando las temperaturas subían a niveles que deberían hacerlo inestable, revelando nuevas pistas sobre las condiciones que podrían empujar a los átomos de carbono hacia adentro. diamante en la estructura inusual.
La fase BC8 se ha observado anteriormente aquí en la Tierra en dos materiales: silicio y germanio. La extrapolación de las propiedades del BC8 observadas en esos materiales ha permitido a los científicos determinar cómo se manifestaría la fase en el carbono.
La fase BC8 del carbono no existe en la Tierra, aunque se cree que acecha en el cosmos en los ambientes de alta presión en el interior de los exoplanetas. La teoría sugiere que es la forma más dura de carbono que puede permanecer estable a presiones superiores a 10 millones de veces la presión atmosférica de la Tierra.
Se cree que el diamante es tan duro debido a su estructura atómica. Está dispuesto en una red tetraédrica: cada átomo de carbono que contiene está unido tetraédricamente a sus cuatro vecinos más cercanos, coincidiendo con la configuración óptima de los electrones más externos del propio átomo de carbono.
“La estructura BC8 mantiene esta perfecta forma tetraédrica del vecino más cercano, pero sin los planos de división que se encuentran en la estructura del diamante”. dice el físico Jon Eggert
Sin embargo, aunque el carbono BC8 debería poder existir en condiciones ambientales, los intentos de sintetizarlo en un laboratorio han fracasado. Dirigido por el físico Kien Nguyen Cong de la Universidad del Sur de Florida, un equipo de investigadores aprovechó el poder de la supercomputación para tratar de descubrir dónde estaban fallando esos intentos.
El Frontera La supercomputadora del Laboratorio Nacional Oak Ridge es actualmente la supercomputadora más rápida del mundo. Utilizando esta increíble pieza de hardware, el equipo desarrolló una simulación que describe las interacciones entre átomos individuales dentro de un rango muy alto de condiciones de presión y temperatura. Al ejecutar esta simulación en Frontier, pudieron reproducir la evolución de miles de millones de átomos de carbono en condiciones extremas.
Los resultados revelaron la razón por la cual la síntesis del carbono BC8 ha sido tan difícil de lograr.
“Predijimos” explica el físico Ivan Olyenik de la Universidad del Sur de Florida, “que la fase post-diamante BC8 sería experimentalmente accesible sólo dentro de una estrecha región de alta presión y alta temperatura del diagrama de fases del carbono”.
En otras palabras, sólo hay una región muy pequeña de alta presión y temperatura en la que se puede formar carbono BC8, y hasta ahora los experimentos no han cumplido esas condiciones. Por otro lado, sin embargo, ahora que sabemos cuáles son esas condiciones, la síntesis del carbono BC8 finalmente podría ser posible.
Actualmente, los investigadores están involucrados en experimentos inspirados en teorías en el National Ignition Facility para hacer precisamente eso… así que esté atento a este espacio.
Los hallazgos han sido publicados en La revista de letras de química física.