Australialaiset tutkijat ovat havainneet, että lonsdaleite-niminen timanttityyppi voi esiintyä tavallisesta timantista riippumatta harvinaisessa meteoriitissa. Joukkue, jota johtaa Andy Tomkins Monashin yliopistossa teki löydön käyttämällä elektronimikroskopiaa tunnistaakseen timantin kovemman muodon muinaisista meteoriiteista. Ryhmään kuuluu myös RMIT-yliopiston tutkijoita, ja heidän tulokset tarjoavat vahvaa näyttöä siitä, kuinka tämä timanttimuoto voi muodostua luonnossa ja mahdollisesti jopa luoda teollisiin sovelluksiin.
Ureiliitit ovat harvinainen meteoriittityyppi, joka luultavasti syntyi muinaisen kääpiöplaneetan vaipasta, joka oli kerran olemassa sisäisessä aurinkokunnassa. Tutkijat uskovat, että tämä planeetta tuhoutui pian sen muodostumisen jälkeen valtavan asteroidin törmäyksen seurauksena. Ureiliitit sisältävät runsaasti timantteja, ja niiden tiedetään myös sisältävän lonsdaleite-nimistä timanttimuotoa – joka voi olla kovempaa kuin tavallinen timantti.
Koruista ja teollisuustyökaluista löytyvät timantit sisältävät hiiliatomeja, jotka on järjestetty eräänlaiseen kuutiohilaan. Lonsdaleitessa hiiliatomit ovat kuitenkin järjestetty kuusikulmaiseen hilaan. Materiaali on nimetty brittiläisen kristallografin mukaan Kathleen Lonsdale – joka oli ensimmäinen nainen, joka valittiin Royal Societyn jäseneksi ja edelläkävijä röntgensäteiden käytössä kiteiden tutkimiseen.
Diskreetti materiaali
Vaikka se voidaan syntetisoida korkeissa paineissa, tutkijat olivat luulleet, että lonsdaleiitti voi esiintyä luonnossa vain tavallisen timantin virheenä, ei omana materiaalina. Tämän teorian testaamiseksi Tomkinsin ryhmä analysoi ureiliittinäytteiden kiderakenteita elektronimikroskopian avulla. Heidän tavoitteenaan oli kartoittaa niiden sisältämän lonsdaleiitin, timantin ja grafiitin suhteelliset jakautumat. Ensimmäistä kertaa heidän tulokset osoittivat, että lonsdaleiittikiteet voivat todellakin esiintyä erillisenä materiaalina - tyypillisesti mikronin kokoisina rakeina, joiden välissä on timantin ja grafiitin suonet.
Kovempi kuin timantti?
Ryhmän havainnot tarjoavat ensimmäisen vahvan todisteen siitä, kuinka nämä kolme erilaista hiilen vaihetta muodostuivat ureiliiteissä. Tulosten perusteella Tomkins ja kollegat ehdottavat, että lonsdaleiitti muodostui todennäköisesti karkeasta kiteisestä grafiitista, kun materiaali jäähtyi nopeasti ja puristui ureiliittiä muodostavan kääpiöplaneetan tuhoutumisen jälkeen.
Tämän reaktion mahdollisti ylikriittisen nesteen läsnäolo (jossa ei ole erillisiä neste- ja kaasufaaseja), joka sisälsi erilaisia hiilen, vedyn, hapen ja rikin yhdisteitä. Prosessin jatkuessa tutkijat ehdottavat, että suuri osa tästä lonsdaleiitistä olisi muunnettu timantiksi ja sitten takaisin grafiitiksi.
Tomkinsin tiimi vetää myös rinnastuksia tämän prosessin ja teollisen kemiallisen höyrypinnoituksen välillä – jossa höyrystyneet prekursorit reagoivat kiinteiden alustojen pinnoilla muodostaen ohuita, kiinteitä kalvoja. Matkimalla tätä prosessia laboratoriossa he toivovat, että heidän näkemyksensä voisi tasoittaa tietä uusille lonsdaleiitin valmistustekniikoille – jotka voisivat korvata tavallisen timantin teollisissa sovelluksissa, joissa tarvitaan kovimmat saatavilla olevat materiaalit.
Tutkimusta kuvataan Proceedings of National Academy of Sciences.
