Asteroideneinschläge erzeugen Diamantmaterialien mit außergewöhnlich komplexen Strukturen

Schockwellen, die von Asteroiden verursacht werden, die mit der Erde kollidieren, erzeugen Materialien mit einer Reihe komplexer Kohlenstoffstrukturen, die laut einer internationalen Studie unter der Leitung von UCL und ungarischen Wissenschaftlern für die Weiterentwicklung zukünftiger technischer Anwendungen verwendet werden könnten.

Heute erschienen in Proceedings of the National Academy of Scienceshat das Forscherteam herausgefunden, dass Diamanten, die vor etwa 50.000 Jahren während einer hochenergetischen Stoßwelle aus einer Asteroidenkollision entstanden sind, einzigartige und außergewöhnliche Eigenschaften haben, die durch die kurzzeitig hohen Temperaturen und den extremen Druck verursacht werden.

Die Forscher sagen, dass diese Strukturen für fortschrittliche mechanische und elektronische Anwendungen eingesetzt werden können, was uns die Möglichkeit gibt, Materialien zu entwerfen, die nicht nur ultrahart, sondern auch formbar mit einstellbaren elektronischen Eigenschaften sind.

Für die Studie verwendeten Wissenschaftler aus Großbritannien, den USA, Ungarn, Italien und Frankreich detaillierte, hochmoderne kristallographische und spektroskopische Untersuchungen des Minerals Lonsdaleit aus dem Eisenmeteoriten Canyon Diablo, der erstmals 1891 in der Wüste von Arizona gefunden wurde.

Benannt nach der bahnbrechenden britischen Kristallographin Professor Dame Kathleen Lonsdale, der ersten Professorin an der UCL, wurde früher angenommen, dass Lonsdaleit aus reinem sechseckigem Diamant besteht, was ihn von dem klassischen kubischen Diamanten unterschied. Das Team fand jedoch heraus, dass es tatsächlich aus nanostrukturierten Diamant- und Graphen-ähnlichen Verwachsungen (wo zwei Mineralien in einem Kristall zusammenwachsen) besteht, die als Diaphite bezeichnet werden. Das Team identifizierte auch Stapelfehler oder „Fehler“ in den Sequenzen der sich wiederholenden Muster von Atomschichten.

Hauptautor Dr. Péter Németh (Institute for Geological and Geochemical Research, RCAES) sagte: „Durch die Erkennung der verschiedenen Verwachsungstypen zwischen Graphen- und Diamantstrukturen können wir dem Verständnis der Druck-Temperatur-Bedingungen näher kommen, die bei Asteroideneinschlägen auftreten. „

Das Team fand heraus, dass der Abstand zwischen den Graphenschichten aufgrund der einzigartigen Umgebungen von Kohlenstoffatomen, die an der Grenzfläche zwischen Diamant und Graphen auftreten, ungewöhnlich ist. Sie zeigten auch, dass die Diaphitstruktur für ein bisher ungeklärtes spektroskopisches Merkmal verantwortlich ist.

Der Co-Autor der Studie, Professor Chris Howard (UCL Physics & Astronomy), sagte: „Das ist sehr aufregend, da wir jetzt Diaphit-Strukturen in Diamant mit einer einfachen spektroskopischen Technik erkennen können, ohne dass eine teure und arbeitsintensive Elektronenmikroskopie erforderlich ist.“

Den Wissenschaftlern zufolge können die strukturellen Einheiten und die Komplexität, die in den Lonsdaleit-Proben gemeldet werden, in einer Vielzahl anderer kohlenstoffhaltiger Materialien vorkommen, die durch Schock und statische Kompression oder durch Abscheidung aus der Dampfphase hergestellt werden.

Studien-Co-Autor Professor Christoph Salzmann (UCL Chemistry) sagte: „Durch das kontrollierte Schichtwachstum von Strukturen sollte es möglich sein, Materialien zu entwerfen, die sowohl ultrahart als auch duktil sind, sowie einstellbare elektronische Eigenschaften von einem Leiter bis haben ein Isolator.

„Die Entdeckung hat daher die Tür zu neuen Kohlenstoffmaterialien mit aufregenden mechanischen und elektronischen Eigenschaften geöffnet, die zu neuen Anwendungen führen können, die von Schleifmitteln und Elektronik bis hin zu Nanomedizin und Lasertechnologie reichen.“

Die Wissenschaftler lenken die Aufmerksamkeit nicht nur auf die außergewöhnlichen mechanischen und elektronischen Eigenschaften der gemeldeten Kohlenstoffstrukturen, sondern stellen auch die derzeitige vereinfachende Strukturansicht des als Lonsdaleit bezeichneten Minerals in Frage.

Die Forscher sind auch dem verstorbenen Co-Autor Professor Paul McMillan, der den Sir-William-Ramsay-Lehrstuhl für Chemie an der UCL innehatte, dankbar dafür, dass er das Team zusammengebracht hat, seinen unermüdlichen Enthusiasmus für diese Arbeit und seine dauerhaften Beiträge auf dem Gebiet der Diamantenforschung.