Schokgolven veroorzaakt door asteroïden die botsen met de aarde creëren materialen met een reeks complexe koolstofstructuren, die kunnen worden gebruikt voor het bevorderen van toekomstige technische toepassingen, volgens een internationale studie onder leiding van UCL en Hongaarse wetenschappers.

Vandaag gepubliceerd in Proceedings of the National Academy of Sciences , heeft het team van onderzoekers ontdekt dat diamanten die zijn gevormd tijdens een hoogenergetische schokgolf van een asteroïde-botsing ongeveer 50.000 jaar geleden unieke en uitzonderlijke eigenschappen hebben, veroorzaakt door de korte termijn hoge temperaturen en extreme druk.

De onderzoekers zeggen dat deze structuren kunnen worden gebruikt voor geavanceerde mechanische en elektronische toepassingen, waardoor we materialen kunnen ontwerpen die niet alleen ultrahard zijn, maar ook kneedbaar met instelbare elektronische eigenschappen.

Voor het onderzoek gebruikten wetenschappers uit het VK, de VS, Hongarije, Italië en Frankrijk gedetailleerde, ultramoderne kristallografische en spectroscopische onderzoeken van het mineraal lonsdaleite uit de Canyon Diablo-ijzermeteoriet die voor het eerst werd gevonden in 1891 in de woestijn van Arizona.

Vernoemd naar de baanbrekende Britse kristallograaf professor Dame Kathleen Lonsdale, de eerste vrouwelijke professor aan de UCL, werd eerder gedacht dat lonsdaleite bestond uit pure zeshoekige diamant, waardoor het zich onderscheidde van de klassieke kubische diamant. Het team ontdekte echter dat het in feite bestaat uit nanogestructureerde diamant en grafeenachtige vergroeiingen (waar twee mineralen in een kristal samengroeien), diaphieten genaamd. Het team identificeerde ook stapelfouten, of "fouten" in de reeksen van de zich herhalende patronen van lagen van atomen.

Hoofdauteur Dr. Péter Németh (Instituut voor Geologisch en Geochemisch Onderzoek, RCAES) zei:"Door de herkenning van de verschillende soorten vergroeiing tussen grafeen- en diamantstructuren, kunnen we de druk-temperatuuromstandigheden die optreden tijdens asteroïde-inslagen beter begrijpen. "

Het team ontdekte dat de afstand tussen de grafeenlagen ongebruikelijk is vanwege de unieke omgevingen van koolstofatomen die voorkomen op het grensvlak tussen diamant en grafeen. Ze toonden ook aan dat de diaphietstructuur verantwoordelijk is voor een voorheen onverklaarde spectroscopische functie.

Studie co-auteur professor Chris Howard (UCL Physics &Astronomy) zei:"Dit is erg spannend omdat we nu diaphietstructuren in diamant kunnen detecteren met behulp van een eenvoudige spectroscopische techniek zonder de noodzaak van dure en arbeidsintensieve elektronenmicroscopie."

Volgens de wetenschappers kunnen de structurele eenheden en de complexiteit die in de lonsdaleite-monsters worden gerapporteerd, voorkomen in een breed scala van andere koolstofhoudende materialen die worden geproduceerd door schokken en statische compressie of door afzetting vanuit de dampfase.

Studie co-auteur professor Christoph Salzmann (UCL Chemistry) zei:"Door de gecontroleerde laaggroei van structuren, zou het mogelijk moeten zijn om materialen te ontwerpen die zowel ultrahard als ook ductiel zijn, evenals instelbare elektronische eigenschappen van een geleider tot een isolator.

"De ontdekking heeft daarom de deur geopend naar nieuwe koolstofmaterialen met opwindende mechanische en elektronische eigenschappen die kunnen resulteren in nieuwe toepassingen, variërend van schuurmiddelen en elektronica tot nanogeneeskunde en lasertechnologie."

De wetenschappers vestigen niet alleen de aandacht op de uitzonderlijke mechanische en elektronische eigenschappen van de gerapporteerde koolstofstructuren, maar betwisten ook het huidige simplistische structurele beeld van het mineraal dat wordt aangeduid als lonsdaleite.

De onderzoekers zijn ook wijlen co-auteur professor Paul McMillan, die de Sir William Ramsay Chair of Chemistry aan de UCL was, dankbaar voor het samenbrengen van het team, zijn onvermoeibare enthousiasme voor dit werk en zijn blijvende bijdragen aan het gebied van diamantonderzoek. + Verder verkennen

Manieren om stabiel diamane bij hoge druk te synthetiseren