Nejvýkonnější superpočítač vymyslel recept na mimořádně extrémní diamant  
Superdiamant BC8 by měl být nejtvrdším materiálem ze všech, co známe. Vědci předpokládají, že se vyskytuje uvnitř planet minimálně dvakrát větších než Země. Superpočítač Frontier se zapotil, ale dal dohromady recept, s nímž snad vědci vybavení výkonnými lasery National Ignition Facility dovedou superdiamant vyrobit.
Superpočítač a diamant. Kredit: generative image via New Atlas.
Superpočítač a diamant. Kredit: generative image via New Atlas.

Diamanty jsou nejen blyštivými drahokamy, ale také představují velmi užitečný materiál, z běžně dostupných nejtvrdší na světě, pro rozmanité aplikace, od vrtných souprav až po polovodiče v jaderných bateriích. Jsou ale i tvrdší možnosti.

 

Superdiamanty BC8 (eight-atom body-centered cubic) by měly být tvrdší než cokoliv z toho, co známe. Vědci je vlastně předpověděli už dávno, velmi extrémní formu diamantu, v němž se nachází 8 atomů uhlíku tam, kde má běžný diamant jen 4 uhlíky. Potíž byla v tom, že superdiamantový materiál by měl existovat za tak vysokých tlaků a teplot, jaké panují v centru planet nejméně dvakrát větších než Země.

 

Ivan Oleynik. Kredit: University of South Florida.
Ivan Oleynik. Kredit: University of South Florida.

Přesto je v zásadě možné vytvořit superdiamanty BC8 v laboratoři, pokud se jim tam povede dosáhnout ohromného tlaku a velice vysoké teploty. Ukázalo se, že je to skvělá příležitost pro americký superpočítač Frontier, momentálně nejvýkonnější na světě, který jede na 1,7 exaFLOPS v zařízení Oak Ridge Leadership Computing Facility v Tennessee. Fyzik Ivan Oleynik z americké University of South Florida a jeho tým sehnali strojový čas na Frontieru a zkusili s ním udělat praktičtější recept na superdiamant BC8.

 

Frontier. Kredit: OLCF at ORNL, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.
Frontier. Kredit: OLCF at ORNL, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.

Jak skromně poukazuje Oleynik, jde o ultimátní výzvu fyziky vysokých tlaků. Podle něj jde o moderní verzi Kamene mudrců, který hledali středověcí alchymisté. Jenomže ti neměli Frontier. Vědci nakrmili Frontier ohromným množstvím dat, aby trénovali modul LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator), který byl pro účely hledání receptu na superdiamant vhodný.

 

Bylo to výpočetně náročné. LAMMPS běžel 24 hodin na 8 tisících z 9 400 výpočetních jader Frontieru. Analýzy ukázaly, že je možné přeměnit běžné diamanty na superdiamanty, ale vyžaduje to zvláštní krok. Je nutné nejprve roztavit běžné diamanty a jejich strukturu pak lze přestavět na superdiamanty. Takový proces pochopitelně vyžaduje velmi extrémní podmínky – tlak cca 12 milionů atmosfér a teplotu přes 4 700 °C, blížící se teplotě na povrchu Slunce.

 

Jsou to pekelné požadavky. Nicméně, Frontier vědcům napověděl, že je možné takových podmínek dosáhnout sériemi vhodně uspořádaných rázových vln. Oleynik s kolegy zahajují testování uvedeného receptu na superdiamant v zařízení National Ignition Facility laboratoří Lawrence Livermore National Laboratory. Tam jsou na to vybaveni více než dobře. Jejich 192 laserů dokáže vytvořit teplotu 100 milionů °C a tlak vyšší než 100 miliard atmosfér. Podle Oleynika to sice není zaručené, ale s Frontierem prý mají solidní naději na úspěch.

 

Video: Could Frontier help build a better diamond?

 

Literatura

New Atlas 30. 7. 2024.

Journal of Physical Chemistry Letters 15(4).

Datum: 01.08.2024
Tisk článku



Diskuze:

No nevím nevím.

Oldřich Novák,2024-08-03 14:25:40

Na livescience píší, že superdiamant je jen o 30 % tvrdší než ten původní. To podle mě zdaleka není nejtvrdší materiál ze všech co známe, protože karbyn překonává diamant až 40x.

Odpovědět


Re: No nevím nevím.

Igor Druhý,2024-08-03 15:28:54

Tvrdosť a pevnosť v ťahu sú dve odlišné veličiny.

Odpovědět


Ano

D@1imi1 Hrušk@,2024-08-03 15:38:40

Trochu míchání jablek s hruškama srovnávat tvrdost klasického 3D materiálu s 1D vláknem, nemyslíte? V jakém úhlu k ose vlákna byste tu tvrdost uvažoval? Nezaměnil jste tvrdost třeba s pevností v tahu?

Jinak látka zajímavá.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Linear_acetylenic_carbon

Odpovědět


Re: No nevím nevím.

Pavel Kaňkovský,2024-08-03 16:38:25

Evidentně nejste první, kdo má potíže rozlišit tvrdost a pevnost v tahu:
https://www.reflex.cz/clanek/zpravy/70836/vedci-vyrobili-karbyn-nejtvrdsi-material-na-svete-je-40krat-tvrdsi-nez-diamant-a-ma-uzasne-vlastnosti.html

Odpovědět


Re: Re: No nevím nevím.

Miroslav B,2024-08-06 18:45:41

nikdy ma nenapadlo, zeby mohla byt suvislost medzi tvrdostou a pevnostou v tahu.

Odpovědět


Re: Re: Re: No nevím nevím.

Jarda Ticháček,2024-08-07 21:18:02

Tvrdost je v podstatě definována jako odolnost proti vniknutí něčeho jiného.
Bývá to hrot, nebo třeba polokoule. A spíše relativním měřítkem je, jaké stopy pod jakým tlakem jeden z materiálů předem definovaného tvaru dokáže deformovat testovaný materiál.
Většinou se nám všem do toho ještě míchá Mohsova stupnice. Sakryš ještě po více než čtyřiceti letech si pamatuji téměř sedmdesátiletého češtináre ze sedmé třídy, an stojí nad vedlejší lavicí a huláká nad třináctiletým spolužákem: mastek; halit; kalcit; … korund a diamant. A nejtvrdší jste vy, Matějíčku. (On nám všem i na té základní škole vykal, holt praxe z univerzity a jeho věk ho k tomu nějak vedly, o trochu později jsem měl díky té zkušenosti mnohem větší sympatie k těm pár profesorů z gymplu, kteří to také dělali.)
Jenže ta stupnice se týká minerálu a toho, který z nich dokáže udělat vryp do jiného.
Už začátkem osmdesátých let mi jiní kantoři tvrdili, že jde fakt jen o pár šutrů. A ještě za určitých podmínek. Nakonec, každý člověk, který kdy řezal sklo ví, že ten diamant se časem ztupí, že klenotníci ty své brilianty také řežou a leští něčím, co by nemělo fungovat, a že i když je diamant nejtvrdším šutrem, který se na téhle planetě vyskytuje, že už nějaký čas není problém někde v alchymistově tyglíku uvařit pár věcí, které tu stupnici výrazně rozšíří.
Jsou opravdu materiály, které jsou tvrdší. I podle jiných měřítek, nežli tato stupnice. A jsou běžně užívány. Mnohdy jsou i levnější. Jen těch známých aplikací je tak málo, že jsou vlastně neznámé.
Diamant a jeho pár vlastností, včetně tvrdosti má samozřejmě velké množství použití. Ale tou nejdůležitější vlastností je to, že nejde o sloučeninu, ale o prvek. Díky krystalické struktuře, ve které stejně jako mu jiných krystalů nezbývá moc volných vazeb k dalším reakcím, je v podstatě chemicky inertní. Ta dávno překonaná tvrdost je jen velmi vítanou vlastností.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: No nevím nevím.

D@1imi1 Hrušk@,2024-08-08 00:09:13

1. Který pozemský materiál je tvrdší než diamant? A bavme se, prosím, jen o normálních (3D) materiálech, kde lze mluvit o normální tvrdosti. Žádný grafen, nanotrubky apod.

2. Diamant je inertní jen při běžné teplotě. Ani není jeho klíčovou vlastností, že jde o samostatný prvek. Naopak při vyšších řezných rychlostech bez dostatečného chlazení diamant reaguje s ocelí za vzniku karbidů, čímž se diamantová zrna rychle opotřebovávají. Při obrábění ocelí se proto často používá CBN (kubický nitrid boritý). Ten má tvrdost sice trochu nižší než diamant a je dražší, ale s ocelí za vysokých teplot nereaguje, díky čemuž nástroj vydrží déle.
Diamant lze též spálit za vzniku CO2.

Odpovědět

Frontier

J L,2024-08-02 14:50:40

Diky za zajimavy clanek.
Technicky detail - Frontier ma 9400 procesoru po 64 jadrech.
>>
Frontier uses 9,472 AMD Epyc 7713 "Trento" 64 core 2 GHz CPUs (606,208 cores) and 37,888 Instinct MI250X GPUs (8,335,360 cores). They can perform double-precision operations at the same speed as single precision.

Odpovědět


Re: Frontier

Pavel Kaňkovský,2024-08-03 16:26:06

Na New Atlasu píšou, že to bylo "8,000 of Frontier's more than 9,400 nodes", tedy že to bylo 8000 uzlů. Každý uzel má jedno CPU a 4 GPU.

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz