Chế tạo thành công loại kim cương ngoài vũ trụ ở nhiệt độ thông thường trong phòng thí nghiệm chỉ với vài phút

Một nhóm các nhà khoa học đến từ Úc mới đây đã chế tạo thành công hai loại kim cương khác nhau - kim cương thường và kim cương dạng pha có tên lonsdaleite, vốn chỉ được tìm thấy trong tự nhiên tại các địa điểm va chạm của thiên thạch - chỉ mất vài phút trong phòng thí nghiệm và ở nhiệt độ hoàn toàn bình thường. Trong khi đó, để tạo ra được những tinh thể kim cương dạng này trong tự nhiên sẽ phải cần đến một quá trình kéo dài hàng tỷ năm, cùng áp suất khổng lồ và nhiệt độ siêu nóng.

Về bản chất, hầu hết các loại đá quý đều được tạo ra sau khi carbon bị nghiền nát và nung nóng bên dưới bề mặt Trái đất trong hàng tỷ năm. Đây chính là lý do chúng vô cùng quý hiếm, đắt đỏ, và luôn được săn đón.

Trong các loại đá quý nói chung, kim cương nằm trong nhóm có giá trị cao nhất - không chỉ bởi sự quý hiếm mà còn ở những đặc tính vô cùng ưu việt như độ cứng cực cao, khả năng dẫn nhiệt tốt, khả năng ứng dụng quang học lượng tử và y sinh tuyệt vời.

“Kim cương tự nhiên thường được hình thành trong hàng tỷ năm, ở độ sâu khoảng 150km dưới lòng Trái đất, nơi có áp suất cao và nhiệt độ luôn được duy trì ở ngưỡng trên 1.000 độ C”, Jodie Bradby, giáo sư vật lý Đại học Quốc gia Úc, người đứng đầu nhóm nghiên cứu, cho biết.

Tuy nhiên trong một nghiên cứu mới được công bố vào ngày 18/11 vừa qua, Giáo sư Bradby, và các đồng nghiệp tại Đại học RMIT (Úc) đã tìm ra cách đã đẩy nhanh quá trình kiến tạo kim cương kéo dài hàng tỉ năm trong tự nhiên xuống chỉ còn vài phút, và ở nhiệt độ thông thường trong phòng thí nghiệm. Không dừng lại ở đó, các nhà khoa học còn có thể tạo ra hai loại kim cương sở hữu cấu trúc hoàn toàn khác biệt: Một loại tương tự như kim cương tự nhiên trên Trái đất và loại thứ hai là lonsdaleite, còn được gọi là kim cương lục giác, vốn chỉ được tìm thấy trên các tiểu hành tinh trôi nổi ngoài vũ trụ, và sở hữu độ cứng vượt trội so với những loại kim cương khác.

Đầu tiên, các nhà khoa học sử dụng kỹ thuật hiển vi điện tử tiên tiến để chụp các lát rắn và nguyên vẹn từ mẫu thử nghiệm để tạo ra ảnh chụp nhanh về cách hình thành kim cương tinh thể nano và lonsdaleite. Họ tìm thấy các đường vân của cả kim cương thường và kim cương Lonsdaleite chạy qua và đan xen lẫn nhau, từ đó hiểu rõ hơn về cách thức chúng được hình thành.

Tiếp theo, các nhà khoa học dùng áp suất cực lớn để tạo ra một "lực cắt" khiến cho các nguyên tử carbon di chuyển vào đúng vị trí và tạo thành lonsdaleite cũng như kim cương thông thường

Kết quả cho thấy cả lonsdaleite và kim cương thông thường cũng có thể hình thành ở nhiệt độ phòng chỉ bằng cách áp dụng mức áp suất cao lên tới 80 gigapascal, tương đương với sức nặng của 640 con voi châu Phi đè xuống một mũi giày ba lê.

“Bước ngoặt trong câu chuyện là cách chúng ta áp dụng áp lực”, Giáo sư Bradby nói. “Bằng cách sử dụng áp suất cực cao, chúng tôi ép cacbon cũng phải chịu một thứ gọi là “lực cắt”- giống như lực xoắn hoặc lực trượt” để đi đến đúng vị trí”.

Đây là một thành tựu quan trọng. Việc có thể tạo ra các loại vật liệu siêu hiếm như Lonsdaleite sẽ mang đến tiềm năng lớn khi được ứng dụng phổ biến trong đời sống hằng ngày. đặc biệt là đối với những lĩnh vực cần đến các loại vật liệu siêu cứng, ví dụ như kim cương dùng để bọc đầu mũi khoan hoặc lưỡi cắt để kéo dài thời gian sử dụng cho các dụng cụ này.