Un team di fisici dell'alta pressione del Carnegie ha creato una forma di carbonio duro come il diamante, ma amorfo, il che significa che manca la ripetizione strutturale su larga scala della struttura cristallina di un diamante. I loro risultati sono riportati in Comunicazioni sulla natura .

Il carbonio è un elemento di possibilità apparentemente infinite, perché la configurazione dei suoi elettroni consente numerose combinazioni autoleganti che danno origine a una gamma di materiali con proprietà diverse.

Per esempio, alcune forme di carbonio, come il carbone, sono ciò che si dice amorfo, il che significa che mancano della struttura ripetitiva a lungo raggio che costituisce un cristallo.

Altre forme di carbonio sono cristalline, compresi sia trasparenti, diamanti superduri, e morbido, grafite opaca. Hanno proprietà diverse, in parte, perché gli atomi di carbonio che li compongono sono legati in diverse configurazioni. I diamanti hanno una struttura di legame chiamata sp3 e il carbonio nella grafite è tenuto insieme con i cosiddetti legami sp2.

Le modifiche alla configurazione dei legami di carbonio che formano una qualsiasi di queste sostanze possono essere indotte dall'alterazione delle condizioni esterne, come temperatura e pressione, simile a come l'acqua si congela in ghiaccio o bolle in vapore.

Il team di Carnegie, incluso l'autore principale Zhidan "Denise" Zeng, così come Liuxiang Yang, Qiaoshi Zeng, Yue Meng, Wenge Yang, e Ho-kwang "Dave" Mao—usarono pressioni estreme per scoprire la loro nuova forma di diamante amorfo.

Altri elementi simili al carbonio, germanio e silicio, hanno forme composte interamente da legami sp3 estremamente forti e tuttavia amorfe. Ma fino ad ora, una fase simile di carbonio non era mai stata sintetizzata.

Il team è stato in grado di creare un diamante amorfo portando una forma di carbonio strutturalmente disordinata chiamata carbonio vetroso fino a quasi 500, 000 volte la pressione atmosferica normale (50 gigapascal) e circa 2, 780 gradi Fahrenheit (1, 800 gradi Kelvin). Questo è un intervallo di temperatura e pressione che non è stato esplorato negli sforzi per creare un diamante amorfo.

Il campione che hanno creato ha mantenuto il suo cambiamento strutturale e l'incomprimibilità una volta riportato a temperatura e pressione ambiente. Cosa c'è di più, sofisticati strumenti di spettroscopia hanno dimostrato che il loro nuovo materiale presenta legami di carbonio sp3, nonostante sia amorfo e privo dell'ordine di un cristallo.

"Il nostro diamante amorfo è denso, trasparente, super-forte e potenzialmente superduro con proprietà più incredibili ancora da scoprire, "Spiega Zeng.

I prossimi passi per la ricerca delle proprietà di questo diamante amorfo saranno la misurazione della sua durezza, forza, proprietà ottiche, e stabilità termica.