Una forma di carbonio più forte del diamante creata da un supercomputer

I ricercatori hanno ampliato i confini della scienza dei materiali con la scoperta di una forma di carbonio estremamente forte, potenzialmente BC8 più forte del diamante, finora considerato il materiale più duro conosciuto. Questo progresso potrebbe aprire la strada a nuove scoperte tecnologiche, ma osservarlo nella realtà potrebbe richiedere un viaggio ben oltre il nostro Sistema Solare.

Diamante, un materiale di incredibile durezza

Il diamante, simbolo di durezza assoluta e brillantezza senza tempo, occupa da secoli il vertice della gerarchia dei materiali naturali. La sua resistenza alla compressione non ha rivali, capace di respingere gli attacchi delle sostanze più conosciute. Diversi fattori contribuiscono a questa straordinaria durezza. Da un lato, il diamante ha a struttura cubica compatta dove ogni atomo di carbonio è legato ad altri quattro atomi da legami covalenti forti e rigidi. Questa struttura tridimensionale estremamente densa garantisce grande stabilità e resistenza eccezionale alle forze esterne.

Inoltre, il legami covalenti tra atomi di carbonio in diamante sono i più forti che si possano trovare in natura. Richiedono una notevole energia per rompersi, il che spiega la resistenza del diamante al graffio, alla deformazione e alla compressione. Infine, anche la struttura cristallina del diamante è generale esente da difetti, come impurità o dislocazioni. Tuttavia, questi difetti possono creare punti deboli nella struttura e ridurre la resistenza del materiale. Tuttavia, il regno dei diamanti potrebbe presto essere minacciato da un nuovo arrivato: il BC8.

Una formula che richiede condizioni eccezionali

BC8, un cristallo con otto atomi di carbonio, è stato simulato in laboratorio e ha mostrato una resistenza a compressione stimata di 30% in più a quello del diamante. Per giungere a queste conclusioni, i ricercatori hanno utilizzato Frontiera, un supercomputer presso l'Oak Ridge Leadership Computing Facility, per eseguire simulazioni di miliardi di atomi di carbonio in varie condizioni. Queste simulazioni hanno permesso di prevedere le vie di sintesi del BC8, dimostrando che questo materiale potrebbe essere stabile a pressioni estreme che superano di gran lunga quelle che conosciamo sulla Terra.

Secondo i ricercatori, anche la struttura atomica di BC8 è simile a quella del diamante, ma senza i suoi punti deboli di sfaldatura. Il termine « scissione » qui si riferisce al modo in cui un materiale si rompe o si divide lungo piani di debolezza o difetti cristallini. Nel caso del diamante, sebbene sia uno dei materiali più duri conosciuti, presenta comunque piani di clivaggio lungo i quali può rompersi sotto una certa pressione o impatto. Questo è uno dei motivi per cui anche il diamante può essere danneggiato o rotto.

Al contrario, la struttura atomica di BC8 è progettata in modo tale da non avere questi piani di clivaggio. Ciò significa che anche in condizioni di pressione estrema o stress, BC8 non si frantumerebbe lungo queste linee di debolezza come farebbe un diamante. Questa caratteristica lo renderebbe quindi ancora più resistente e robusto in ambienti estremi.

Verso una possibile sintesi

Gli scienziati hanno provato a sintetizzare questo materiale in laboratorio, ma finora senza successo. La simulazione ha rivelato che la sua produzione sarebbe effettivamente possibile solo in condizioni estreme di pressione e temperatura. Tuttavia, i ricercatori non rinunciano alla speranza di riuscire un giorno a sintetizzare BC8. Per fare questo, andranno a Impianto nazionale di accensione del Laboratorio nazionale Lawrence Livermore. Questi metodi prevedono lo shock dei diamanti a velocità supersoniche e la successiva compressione sotto enormi pressioni, nella speranza di produrre questo materiale rivoluzionario.

Sebbene la creazione di BC8 rimanga quindi una sfida tecnologica significativa, le potenziali implicazioni della sua scoperta sono vaste. Questo materiale ultraresistente potrebbe infatti trovare applicazioni in campi che vanno dall’ingegneria dei materiali all’esplorazione spaziale, aprendo la strada a nuove possibilità di scoperta e innovazione. Questa ricerca fa luce anche sulla composizione di esopianeti ricco di carbonio. Questi pianeti potrebbero infatti fornire le condizioni ideali per la formazione di BC8, il che evidenzia l’importanza di comprenderne le proprietà per modellare meglio l’interno di questi mondi lontani.

I dettagli dello studio sono pubblicati in Il giornale delle lettere di chimica fisica.