Алмазы ценятся не только как драгоценные камни. Это самый твердый природный материал, поскольку в кристаллах углерода каждый атом тесно и очень прочно связан со своими четырьмя соседями. Он приобрел такую структуру благодаря высоким температурам в недрах Земли, где углерод сжимался под огромным давлением. Из-за своей необычайной твердости алмазы используются для резки, шлифовки и полировки твердых материалов.
«Сейчас алмазы - самый твердый материал, применяемый в промышленности, однако они очень дороги», - пишет Ева Зурек (Eva Zurek) из Университета Буффало. Поэтому химики ищут минералы с такой же твердостью, которые обходились бы дешевле и «могли бы обладать полезными свойствами, отсутствующими у алмазов, - они, возможно, по-разному взаимодействовали бы с теплом или же с электричеством».
Чтобы обнаружить такие сверхтвердые материалы, Зурек и ее команда использовали алгоритмы, способные к обучению. Их тренировали распознавать характеристики сверхтвердых кристаллических структур, что помогло выбрать из случайно сгенерированных виртуальных вариантов углерода перспективные кандидатуры на замену алмаза.
Алгоритмы обнаружили 43 неизвестных очень твердых варианта углерода. В так называемом испытании на твёрдость по Виккерсу все они выдержали давление 40 ГПа, что соответствует давлению в нижней мантии Земли. Три из них могли быть даже немного тверже алмаза. Дальнейший анализ показал, что они имели смешанную кристаллическую структуру: состояли частично из атомов углерода в алмазной или лонсдейлитной (гексагональной) конфигурации и частично из кусков аморфных неупорядоченных атомов углерода. Этим они напоминают углеродный вариант, который химики создали несколько лет назад.
Новые варианты углерода позволят производить сверхтвердые материалы, способные заменить алмазы. Например, некоторые из них можно будет получать, обрабатывая под высоким давлением графит, считают Зурек и ее команда. Программы, используемые ими, позволят в будущем находить такие материалы не только из углерода, но и из других элементов.
