Các nhà nghiên cứu Trung Quốc cho biết họ đã tái tạo thành công “kim cương thiên thạch” khó nắm bắt trong phòng thí nghiệm – chấm dứt 6 thập kỷ tranh cãi về sự tồn tại của vật liệu này, đồng thời mở ra những hướng đi mới cho công nghệ quốc phòng và điện tử.
Loại kim cương có cấu trúc lục giác đầu tiên được phát hiện vào năm 1967 bên trong thiên thạch Canyon Diablo, rơi xuống Arizona (Mỹ) khoảng 49.000 năm trước. Người ta tin rằng nó hình thành từ than chì dưới áp suất và nhiệt độ cực lớn khi thiên thạch va chạm với Trái Đất.
Mặc dù tất cả các loại kim cương đều gồm nguyên tử carbon, cấu trúc của chúng không chỉ giới hạn ở dạng khối lập phương quen thuộc. Trong nhiều năm, các nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới đã cố gắng tái tạo biến thể cấu trúc lục giác với cách sắp xếp nguyên tử độc đáo.
Trong một bài báo công bố ngày 30/7 trên tạp chí Nature, nhóm nghiên cứu Trung Quốc cho biết họ đã tạo ra tinh thể kim cương lục giác tinh khiết, kích thước 100 micromet, cung cấp bằng chứng xác thực về sự tồn tại của vật liệu này ở dạng khối có thể quan sát được bằng mắt thường.
Nhóm nghiên cứu kết hợp chuyên môn của Trung tâm Nghiên cứu Tiên tiến Khoa học & Công nghệ Áp suất cao và Viện Quang học & Cơ khí chính xác Tây An thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc.
Theo giáo sư La Đoàn (Luo Duan) – tác giả của nghiên cứu, trước đây nhiều nhóm trên thế giới từng tuyên bố tổng hợp được vật liệu này, nhưng hầu hết chỉ thu được kim cương dạng khối lập phương hoặc mẫu pha trộn, chứ không phải cấu trúc lục giác tinh khiết.
Ông La, đang công tác tại Viện Tây An (tỉnh Thiểm Tây), cho biết kim cương lục giác mà các nhóm khác tạo ra thường chỉ ở quy mô nano – nhỏ hơn kết quả của nhóm Trung Quốc hàng nghìn lần. “Chúng thường chỉ xuất hiện dưới dạng sản phẩm phụ của quá trình tổng hợp va chạm hoặc hạt siêu nhỏ, chưa từng được chế tạo thành mẫu khối đủ lớn để kiểm tra tính năng cơ học”, ông nói.
Ông nhấn mạnh rằng đổi mới của nhóm có thể “tạo ra rào cản bằng sáng chế quốc tế”, đặt nền tảng vững chắc cho chuyển giao công nghệ và thương mại hóa.
Cấu trúc lục giác được dự đoán có độ cứng và khả năng dẫn nhiệt vượt trội, với tiềm năng ứng dụng trong dao cắt siêu cứng, vật liệu mài mòn, thiết bị điện tử hiệu năng cao, công nghệ lượng tử và hệ thống tản nhiệt hiệu suất lớn.
Theo ông La, kim cương lục giác là biến thể cấu trúc của kim cương khối lập phương, có cùng tính chất cơ học, nhiệt và quang, thậm chí vượt trội ở một số điểm.
Tác giả chính Dương Liễu Tường (Yang Liuxiang) cho biết, thành công này đến từ hai yếu tố:
Lựa chọn than chì đơn tinh thể tự nhiên siêu tinh khiết, không tạp chất, giúp hình thành mẫu kim cương lục giác kích thước micromet với trật tự nguyên tử cao.
Sử dụng công nghệ giám sát trực tiếp – nén từ từ tinh thể than chì và theo dõi sự thay đổi cấu trúc bằng hình ảnh tia X thời gian thực, tránh khuyết tật và tạo ra khối kim cương lục giác hoàn hảo.
Viện Tây An khẳng định thí nghiệm đã chứng minh kim cương lục giác là “một vật liệu độc lập thực sự”, giải quyết gần 70 năm tranh cãi về cấu trúc và quá trình hình thành.
Theo dữ liệu hiệu năng, vật liệu này có độ cứng tương đương kim cương tự nhiên cao cấp (đạt 110 gigapascal), khả năng chịu nén và chống va đập vượt trội. Nó có độ dẫn nhiệt gấp 5 lần đồng, duy trì ổn định ở 1.100°C – vượt xa các vật liệu tản nhiệt bán dẫn truyền thống.
Nghiên cứu cũng nêu rằng cấu trúc bất đẳng hướng của kim cương lục giác có thể mang lại tính áp điện và sắt điện, mở ra tiềm năng cho cảm biến lượng tử và thiết bị tần số cao.
Ông La cho biết các mẫu hiện tại “đã đạt tiêu chuẩn công nghiệp cho sản xuất vật liệu cắt siêu cứng và chống mài mòn”. Nhóm đang hướng tới việc chế tạo mẫu lớn hơn và chất lượng cao hơn để ứng dụng thực tế, bằng cách tối ưu hóa điều kiện tổng hợp và nghiên cứu kỹ thuật nano tinh thể.
Đồng tác giả Mao Ho-kwang khẳng định vật liệu này sẽ mở ra hướng mới cho phát triển vật liệu siêu cứng và thiết bị điện tử tiên tiến: “Điều thú vị là đây mới chỉ là khởi đầu. Kim cương lục giác được dự đoán sở hữu nhiều đặc tính cơ, điện, nhiệt và quang cực kỳ ưu việt, bổ sung và tương thích với kim cương khối lập phương”.
Nga xuất khẩu chiến đấu cơ nặng nhất: Su-34M sẽ đến Algeria hay Triều Tiên?
"Át chủ bài" Su-57 xuất trận quy mô lớn: Nga thử vũ khí mới cực khó bị phát hiện tại Ukraine
