Найтвердіший матеріал у світі: алмази можуть бути напрочуд м'якими за однієї умови

Алмази є найтвердішим матеріалом у світі, але якщо їх зменшити до крихітних розмірів, то вони можуть стати напрочуд м'якими, як показав експеримент китайських учених. Дослідники з'ясували, що одні з найменших алмазів з коли-небудь вивчених стають напрочуд еластичними, пише Фокус.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Учені кажуть, що алмази відомі своєю надзвичайною міцністю, якщо мають великий розмір. Але якщо це наноалмази, то їхні властивості змінюються. Китайські дослідники вивчили, як алмази розміром лише 4 нанометри, у сотні разів менші за розмір деяких вірусів, реагують на тиск.

Автори дослідження затискали кожен крихітний алмаз між двома циліндрами з алмазними наконечниками, здатними стискати наноалмаз. Циліндри були з'єднані з датчиком сили, який вимірював опір алмазу, і спеціальним мікроскопом, який отримував зображення стиснутого алмазу.

За словами вчених, проводити надійні вимірювання алмазів у наномасштабі надзвичайно складно, оскільки всі вимірювані ефекти дуже малі, і будь-яке найменше збурення з боку довкілля алмазу може додати непотрібні дані. Щоб уникнути цієї проблеми, вчені повторили експеримент приблизно зі 100 різними алмазами і вжили запобіжних заходів, таких як проведення вимірювань у вакуумі.

У підсумку експеримент показав, що в міру зменшення розміру алмазів з 12 до 4 нанометрів їхня твердість знижувалася приблизно на 30%, тобто вони ставали м'якшими та еластичнішими. Вчені використовували отримані дані та комп'ютерне моделювання, щоб з'ясувати причину такої поведінки алмазів у наномасштабі.

Виявилося, що через крихітний розмір алмазів співвідношення між числом атомів на їхньому поверхневому шарі та числом атомів, що складають їхнє ядро, було великим, але хімічні зв'язки між поверхнею і ядром були слабкими. Це робило наноалмази більш еластичними, ніж більші алмази, де співвідношення атомів поверхні і ядра менше, а міцніші хімічні зв'язки всередині ядра визначають загальні властивості алмазу, кажуть учені.

Новий експеримент виявив несподівані зміни у властивостях алмазів порівняно з попередніми дослідженнями крихітних алмазів, проведених китайськими вченими. Раніше було виявлено, що наноалмази можуть бути менш твердими і більш крихкими, ніж великі алмази. Але автори нового дослідження вперше вивчили настільки крихітні алмази, які були приблизно в 10 разів меншими, ніж під час минулих експериментів.

Нове дослідження має важливе значення, адже крихітні алмази стають дедалі популярнішим матеріалом для створення нової електроніки, а також квантових пристроїв. Нове відкриття розширює розуміння того, як можна використовувати крихітні алмази в нових технологіях.

Як уже писав Фокус, під час експериментів на Великому адронному колайдері вчені виявили аномалію. Щось не так зі стандартною моделлю фізики.

Також Фокус писав про те, що астрономи виявили аномалію на Марсі, яку поки не можуть пояснити.

Під час написання матеріалу використано джерела: Physical Review X, New Scientist.