科学家通过超级计算机模拟，发现了合成超硬碳BC8相的可行条件，有望制造出比钻石更坚硬的材料。

所谓的超级钻石：一位艺术家对BC8碳合成的想象。图/Mark Meamber/LLNL

钻石并非最坚硬的材料！科学家通过模拟，揭示了一种名为 BC8 相的超硬碳结构，其硬度可能比钻石高出 30%。

美国和瑞典的物理学家利用超级计算机进行了高精度分子动力学模拟，研究钻石在极端高温高压下的行为，探索将碳原子排列成这种特殊结构的条件。

BC8 相之前在地球上仅在硅和锗元素中发现过。科学家通过类比，推测碳元素也能形成这种结构。

BC8 相的碳在地球上并不存在，理论上它可能潜藏于系外行星的高压环境中。这种材料被认为是可以在超过地球大气压 1000 万倍的压力下保持稳定的最硬碳形式。如果能够在地球合成并稳定 BC8 相的碳，将带来令人兴奋的研究和材料应用前景。

钻石的坚硬源于其独特的原子排列——每个碳原子都与四个最近的邻居以四面体键结合，完美匹配碳原子最外层电子的排布。

劳伦斯利弗摩尔国家实验室的物理学家 Jon Eggert 表示：“BC8 结构同样保持了完美的四面体最近邻键，但却没有钻石结构中的解理面。常温常压下的 BC8 相碳可能比钻石坚硬得多。”

尽管 BC8 相碳理论上可以在常温常压下存在，但实验室合成一直没有成功。美国南佛罗里达大学的物理学家阮清坚 (Kien Nguyen Cong) 领导的团队利用超级计算机的力量，试图找出合成失败的原因。

橡树岭国家实验室的“前沿”号超级计算机是目前世界上运算速度最快的超级计算机之一。研究团队利用它模拟了极端压力和温度条件下单个原子之间的相互作用。通过模拟数十亿个碳原子的演变过程，他们揭示了 BC8 相碳难以合成的奥秘。

“我们预测，” 南佛罗里达大学的物理学家 van Olyenik 解释说，“BC8 相只能在碳相图上一个非常狭窄的高压高温区域内实验合成。”

换句话说，只有在特定的高压高温条件下，BC8 相碳才有可能形成，而所有实验都没有达到这些条件。不过，既然我们现在知道了这些条件，BC8 相碳的合成或许即将成为现实。

研究团队正计划在国家点火装置进行理论指导的实验，让我们拭目以待。

本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。

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