Университет Цзилиня: в переходе графита в алмаз зафиксированы алмазные зародыши 2–6 нм

Исследователи из Цзилиньского университета, Педагогического университета Цюйфу и Чжэцзянского университета описали атомистический путь, по которому графит превращается в алмаз под давлением. Результаты опубликованы в Nature Communications. Группа совместила моделирование методом метадинамики с синтезом при высоких давлении и температуре (HPHT), используя углеродные прекурсоры разной размерности doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Переход графита в алмаз — классический пример структурного фазового перехода в твёрдых телах под давлением, важный для физики конденсированного состояния, наук о Земле и материаловедения. Его атомистический путь давно обсуждается, поскольку зарождение происходит сверхбыстро и его трудно наблюдать. По словам авторов, традиционные HPHT-эксперименты опираются на анализ образца после опыта, что скрывает динамику ранних стадий doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Моделирование: пути, зависящие от масштаба

Моделирование показывает пути превращения, зависящие от масштаба. В них флуктуации межслоевых связей предшествуют образованию устойчивых алмазоподобных зародышей с sp3-связями doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Авторы сообщают, что эти результаты согласуют между собой разрозненные теоретические модели кинетического пути doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Эксперимент: зародыши, двойниковые границы и гексагональный алмаз

В экспериментальной части использовали многостенные углеродные нанотрубки. Их радиальное ограничение подавляет кинетику роста, что позволило зафиксировать стадию зарождения. В таких образцах обнаружены алмазные зародыши размером 2–6 нм doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

В другой серии экспериментов прекурсором служил высокоориентированный пиролитический графит. Здесь авторы наблюдали вызванный температурой переход от межслоевого роста к внутрислоевому. По данным работы, именно он определяет образование двойниковых границ и ламелей гексагонального алмаза на заключительном этапе срастания зёрен doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.

Авторы называют работу основой, опосредованной выбором прекурсора, для проектирования микроструктуры высокоэффективных алмазных материалов doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗. Выводы опираются на моделирование методом метадинамики и лабораторный HPHT-синтез, при этом выбор прекурсора, от нанотрубок до ориентированного графита, определял, какую стадию перехода удалось исследовать doi.orgNature Communicationsdoi.orgОткрыть источник ↗.