Kim cương thực sự có thể được hình thành trong một tác động lớn của tiểu hành tinh. Tác động của tiểu hành tinh mang theo mức năng lượng cao như vậy—hơn 20 gigapascal, tạo ra sóng xung kích xuyên qua đá và biến than chì thành kim cương.
Những viên kim cương như vậy, được hình thành trong quá trình va chạm tiểu hành tinh khoảng 50,000 năm trước, có những đặc tính độc đáo và đặc biệt, gợi ý cho một nghiên cứu mới. Những cấu trúc này có thể đưa ra ý tưởng thiết kế các vật liệu siêu cứng và dễ uốn với các đặc tính điện tử có thể điều chỉnh được.
Các nhà khoa học từ Anh, Mỹ, Hungary, Ý và Pháp đã sử dụng các phân tích tinh thể học và quang phổ tiên tiến để kiểm tra khoáng chất lonsdaleite từ thiên thạch sắt Canyon Diablo, được phát hiện ở sa mạc Arizona vào năm 1891. Lonsdaleite trước đây được cho là bao gồm nguyên chất kim cương lục giác, phân biệt nó với viên kim cương lập phương cổ điển.
Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng nó bao gồm kim cương có cấu trúc nano và sự phát triển xen kẽ giống như graphene (trong đó hai khoáng chất trong một tinh thể phát triển cùng nhau) được gọi là diaphite. Nhóm nghiên cứu cũng phát hiện ra các lỗ hổng xếp chồng, hay còn gọi là “lỗi” trong các kiểu lặp lại của các lớp nguyên tử.
Khoảng cách giữa các lớp graphene là bất thường do môi trường độc đáo của các nguyên tử carbon xảy ra ở giao diện giữa kim cương và graphene. Họ cũng chứng minh rằng cấu trúc than chì chịu trách nhiệm cho một đặc điểm quang phổ chưa giải thích được trước đây.
Tác giả chính Tiến sĩ Péter Németh (Viện Nghiên cứu Địa chất và Địa hóa, RCAES) cho biết: “Thông qua việc công nhận các kiểu tăng trưởng khác nhau giữa graphene và cấu trúc kim cương, chúng ta có thể tiến gần hơn đến việc hiểu các điều kiện áp suất-nhiệt độ xảy ra trong các vụ va chạm với tiểu hành tinh.”
Đồng tác giả nghiên cứu, Giáo sư Chris Howard (UCL Vật lý & Thiên văn học) cho biết: “Điều này rất thú vị vì giờ đây chúng ta có thể phát hiện cấu trúc than chì trong kim cương bằng kỹ thuật quang phổ đơn giản mà không cần đến kính hiển vi điện tử tốn kém và tốn nhiều công sức.”
Theo các nhà khoa học, các đơn vị cấu trúc và độ phức tạp được báo cáo trong các mẫu lonsdaleite có thể xuất hiện ở nhiều loại vật liệu cacbon khác được tạo ra do va chạm và nén tĩnh hoặc do lắng đọng từ pha hơi.
Đồng tác giả nghiên cứu Giáo sư Christoph Salzmann (UCL Hoá học) nói: “Thông qua sự phát triển lớp có kiểm soát của các cấu trúc, có thể thiết kế các vật liệu vừa siêu cứng vừa dẻo, cũng như có các đặc tính điện tử có thể điều chỉnh từ chất dẫn điện sang chất cách điện.”
“Khám phá này đã mở ra cánh cửa cho các vật liệu carbon mới với các đặc tính cơ học và điện tử thú vị có thể dẫn đến các ứng dụng mới từ vật liệu mài mòn và điện tử cho đến công nghệ laser và công nghệ nano”.
Nghiên cứu được xuất bản trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia.
