С тех пор предполагалось, что появление лонсдейлита и алмазов нанометрового размера может служить маркером для ударов метеоритов, что также связано с Тунгусским взрывом в России, кратером Рис в Германии, событием позднего дриаса на участках по всей Северной Америке и более.Была выдвинута гипотеза, что лонсдейлит образуется, когда метеоры, содержащие графит, ударяются о Землю. Сильный удар генерирует невероятное тепло и давление, превращая графит в алмаз, сохраняя при этом оригинальную шестиугольную структуру графита.
Однако, несмотря на многочисленные теоретические и ограниченные экспериментальные исследования, ключевые вопросы остаются нерешенными для кратковременных сред с высоким давлением, имеющих отношение к ударам метеоров, особенно структурное состояние сразу после прохождения ударной волны, задействованные временные рамки и влияние ориентации кристаллов.В новой статье, опубликованной Nature Communications, группа исследователей, в том числе ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса (LLNL), по-новому представляют процесс перехода от графита к алмазу, вызванного ударной нагрузкой, и однозначно определяют динамику фазового перехода. .Эксперименты показывают беспрецедентные in situ измерения дифракции рентгеновских лучей динамического образования алмаза в наносекундных временных масштабах путем ударного сжатия графита, начиная с давлений выше 0,5 мбар (1 мбар = 1 миллион атмосфер).
Команда наблюдала прямое образование лонсдейлита выше 1,7 Мбар, впервые разрешив процесс, который был предложен для объяснения основного естественного возникновения этой кристаллической структуры, близкого к местам падения метеорита.«Из-за трудностей создания лонсдейлита в статических условиях, общее существование этой кристаллической структуры в природе недавно было поставлено под сомнение», — сказал ведущий автор Доминик Краус.
Краус проводил это исследование, работая в качестве постдока физического факультета Калифорнийского университета в Беркли в НИФ ЛЛНЛ. Управление фотонной науки.
Сейчас он является руководителем группы молодых исследователей Гельмгольца в Центре Гельмгольца в Дрездене-Россендорфе в Германии.«Однако статические эксперименты не могут имитировать быструю динамику, например, при сильных столкновениях с метеоритами», — сказал он. «Здесь мы показываем, что действительно можем создать структуру лонсдейлита во время динамических событий высокого давления. Это интересно для моделирования динамических фазовых переходов в целом, но также показывает, что обнаруженный в природе лонсдейлит действительно может служить маркером сильных ударов метеоритов. "Эксперименты проводились в экспериментальной зоне «Материя в экстремальных условиях» (MEC) в линейном ускорительном источнике когерентного света (LCLS) в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Стэнфорде. Образцы графита подвергались ударному сжатию до давления до 2 миллионов атмосфер (2 Мбар), чтобы вызвать структурные переходы от графита к алмазу и лонсдейлиту.
Фазовые изменения в образцах высокого давления исследовались с помощью сверхбыстрых (фемтосекундных) импульсов рентгеновского излучения, создаваемых LCLS.По словам Крауса, это было первое измерение структуры на месте перехода графита в алмаз, вызванного ударной нагрузкой.
До этих экспериментов все выводы относительно этого структурного перехода основывались на материале, который был восстановлен после применения ударного двигателя или динамических измерений макроскопических величин, таких как плотность и давление.«От наших экспериментов вы не разбогатеете, но вызванный ударом переход от графита к алмазу уже имеет важные отраслевые применения», — сказал он. «Например, алмазы нанометрового размера для тонкой полировки материалов создаются путем детонации углеродсодержащих взрывчатых веществ. Эти взрывы обычно создают давление до ~ 0,5 мбар, что чуть выше порога образования алмаза.
Здесь мы показываем, что выше 2 мбар, структура лонсдейлита может быть получена в очень чистой форме. Поскольку чистый лонсдейлит предположительно даже тверже, чем алмаз, это очень интересно, и теперь другие группы пытаются восстановить эти образцы после эксперимента ».