Konvenční diamant. Kredit: Pixabay/CC0 Public Domain.

Diamant, tedy minerál krystalizující v krychlové soustavě, je jedním z nejtvrdších a nejodolnějších materiálů, jaké na Zemi známe. Teď má ale konkurenci, byť to víme na základě experimentů s uměle vytvořeným materiálem. Americký tým potvrdil, že diamanty s hexagonální strukturou jsou ještě odolnější než konvenční diamanty.

Hexagonální diamanty jsou vlastně rovněž přírodní. Vyskytují se na některých místech dopadu kosmických těles. Materiáloví vědci je také vyrábějí v laboratořích. Doposud ale byly příliš malé anebo existovaly příliš krátce na to, aby je bylo možné detailně analyzovat. Teď se situace změnila, díky týmu institutu Institute for Shock Physics univerzity Washington State University, který vedl Travis Volz. Dokázali vyrobit hexagonální diamanty, které byly natolik velké, že bylo možné s pomocí zvukových vln analyzovat jejich tuhost (stiffness).

Yogendra Gupta.

Kredit: Washington State University.

Jak podotýká šéf institutu a spoluautor studie Yogendra Gupta, diamant je velmi unikátní materiál. Je nesmírně pevný a odolný, ale také má výtečné optické vlastnosti a velmi vysokou tepelnou vodivost. Materiáloví vědci se již dlouho snaží vytvořit materiál, který by byl ještě pevnější a odolnější než klasické diamanty a který by se uplatnil v průmyslu. O hexagonálních diamantech se vědělo, že by měly být ještě odolnější, ale až doposud to nikdo neprokázal. Volzův tým vyrobil hexagonální diamanty v experimentech se šokovým stlačením a poprvé experimentálně ověřil, že jsou skutečně pevnější a odolnější než krychlové diamanty.

Badatelé ve svých experimentech použili střelný prach a stlačený plyn, jejichž explozemi odpalovali malé disky z grafitu, rychlostí asi 24 tisíc kilometrů za hodinu, do průhledného materiálu. Tím vyvolali nárazy, jejichž rázové vlny přetvořily grafit na hexagonální diamanty. Okamžitě po nárazu vědci na čerstvě zrozené diamanty vyslali zvukové vlny. Pomocí laserového paprsku pak měřili rychlost, s jakou proletí hexagonálním diamantem.

Logo. Kredit: Washington State University.

Experimenty jednoznačně ukázaly, že zvukové vlny se v hexagonálním diamantu pohybují rychleji než v klasické diamantu. A rychlost průchodu zvuku přitom narůstá s tuhostí materiálu. Uvedená měření se odehrála během pouhých nanosekund, ještě před tím, než divoké síly, rozpoutané strašlivým nárazem, vzniklé hexagonální diamanty zase zničily.

Tuhost je v odborném kontextu schopnost materiálu odolávat deformaci pod vlivem vnější síly. Tvrdost (hardness) je zase schopnost materiálu odolat vrypu či podobnému působení na povrch. Tuhé materiály jsou obecně také tvrdé. Volzův tým sice nemohl přímo změřit tvrdost hexagonálních diamantů, ale z jejich tuhosti odvozují, že bude rovněž extrémně vysoká.

Až věda dokáže vyrábět hexagonální diamanty ve velkém, tak by měly nalézt široké praktické využití, přinejmenším všude tam, kde se používají klasické diamanty. A nemusí jít jen o tradiční průmysl. Gupta věří, že by se hexagonální diamanty mohly prosadit i při výrobě šperků. Prý by mohly být žádanější než konvenční diamanty.

Literatura

Washington State University 31. 3. 2021.

Physical Review B 103: L100101.