Forskare i Australien har upptäckt att en typ av diamant som kallas lonsdaleite kan existera oberoende av normal diamant i en sällsynt typ av meteorit. Teamet, ledd av Andy Tomkins vid Monash University, gjorde upptäckten genom att använda elektronmikroskopi för att identifiera den hårdare formen av diamant i forntida meteoriter. Teamet inkluderar även forskare vid RMIT University och deras resultat ger starka bevis för hur denna form av diamant kan bildas i naturen och potentiellt till och med skapas för industriella tillämpningar.
Ureiliter är en sällsynt typ av meteorit som troligen har sitt ursprung i manteln på en gammal dvärgplanet som en gång fanns i det inre solsystemet. Forskare tror att denna planet förstördes kort efter dess bildande av en kolossal asteroidnedslag. Ureiliter innehåller ett stort överflöd av diamanter, och är också kända för att innehålla en form av diamant som kallas lonsdaleite - som kan vara hårdare än vanlig diamant.
Diamanterna som finns i smycken och industriella verktyg består av kolatomer som är ordnade i en typ av kubiskt gitter. I lonsdaleite är dock kolatomerna i en typ av hexagonalt gitter. Materialet är uppkallat efter den brittiske kristallografen Kathleen Lonsdale – som var den första kvinnan som valdes till Fellow i Royal Society och en pionjär inom användningen av röntgenstrålar för att studera kristaller.
Diskret material
Även om det kan syntetiseras vid höga tryck, trodde forskare att lonsdaleite bara kan existera i naturen som en defekt av vanlig diamant, och inte som ett material i sig. För att testa denna teori analyserade Tomkins team kristallstrukturerna i ureilitprover med hjälp av elektronmikroskopi. Deras mål var att kartlägga den relativa fördelningen av lonsdaleite, diamant och grafit som de innehöll. För första gången visade deras resultat att lonsdaleitekristaller verkligen kan existera som ett diskret material - vanligtvis i form av mikronstora korn, varvat med vener av diamant och grafit.
Hårdare än diamant?
Teamets observationer ger de första starka bevisen för hur dessa tre olika faser av kol bildades i ureiliter. Baserat på deras resultat, föreslår Tomkins och kollegor att lonsdaleite sannolikt bildades av grov kristallin grafit när materialet snabbt kyldes och dekomprimerades, efter förstörelsen av den ureilitbildande dvärgplaneten.
Denna reaktion möjliggjordes av närvaron av en superkritisk vätska (där distinkta vätske- och gasfaser inte existerar), innehållande en mängd olika föreningar av kol, väte, syre och svavel. När denna process fortsatte, föreslår forskarna att mycket av denna lonsdaleite skulle ha omvandlats till diamant och sedan tillbaka till grafit.
Tomkins team drar också paralleller mellan denna process och industriell kemisk ångavsättning – där förångade prekursorer reagerar på ytan av fasta substrat för att producera tunna, solida filmer. Genom att efterlikna denna process i labbet hoppas de att deras insikter kan bana väg för nya tekniker för tillverkning av lonsdaleite – som kan ersätta vanlig diamant i industriella tillämpningar som kräver de hårdaste materialen som finns tillgängliga.
Forskningen beskrivs i Proceedings of the National Academy of Sciences.
