Американские исследователи использовали суперкомпьютер Frontier для моделирования создания восьмиатомной объемно-центрированной кубической структуры (BC8). Это кристаллической фаза, в которую теоретически должен переходить углерод в условиях экстремально высокого давления. Теоретические оценки предсказывают, что материал должен быть прочнее алмаза.
Алмаз — самый прочный из известных природных материалов. Под воздействием экстремальных температуры и давления под поверхностью Земли пять атомов углерода связываются образуя кристаллическую решетку. Модели показывают, что в аналогичных условиях на богатых углеродом экзопланетах должны формироваться кристаллы с решеткой из восьми атомов. Теоретически такой «супералмаз» должен быть на 30% прочнее земного аналога.
Предыдущие попытки синтезировать фазу BC8 в лаборатории не увенчались успехом. Поэтому ученые использовали суперкомпьютер, чтобы смоделировать условия, необходимые для создания этих структур. Исследователи использовали моделирование атомно-молекулярной динамики, чтобы понять метастабильность алмазов под высоким давлением. Используя машинное обучение, ученые определили взаимодействия между атомами при различных комбинациях температуры и давления.
Теперь мы можем точно моделировать временную эволюцию миллиардов атомов углерода в экстремальных условиях в экспериментальных масштабах времени и длины. Мы предсказали, что посталмазная фаза BC8 будет экспериментально доступна только в узкой области высокого давления и высокой температуры фазовой диаграммы углерода.
Иван Олейник, профессор физики и соавтор исследования
Результаты моделирования показывают, почему провалились предыдущие попытки синтеза BC8. Это также дает подсказку о том, как кристалл может быть создан в лаборатории.
