大自然需要数十亿年才能完成的事情,如今科学家几分钟就能办到了。

近日,一个由澳大利亚、美国两国研究人员组成的科研团队成功挑战了大自然——他们在实验室室温下,几分钟内就制造出了钻石。事实上,天然钻石需要在地球深处极端压力和温度下经过数十亿年的时间才能形成。

研究人员使用了一种被称为金刚石压砧(diamond anvil cell)的设备来产生超硬材料所需的极端压力,这一压力相当于将 640 头非洲象“堆压”在一只芭蕾舞鞋的鞋尖上,可以使金刚石压砧中的碳原子发生意想不到的反应。

对此,论文作者之一、澳大利亚国立大学(ANU)朱迪·布拉德比(Jodie Bradby)教授表示,他们的这项技术突破就如超人一般——超人可以在不使用热射线的情况下,将煤炭直接压成钻石。

Xingshuo Huang 是 ANU 的博士,也是论文的作者之一,目前在布拉德比的实验室工作。在她看来,可以在室温条件下制造两种类型的钻石,是一项令人兴奋的成就。

图 | Xingshuo Huang 手持用于制造钻石的设备(来源:ANU)

他们制造了两种钻石:一种是常用于订婚戒指上的钻石,另一种是被称为朗斯代尔石(Lonsdaleite)的钻石(一种在美国迪亚布洛峡谷等陨石撞击点发现的天然钻石),这种钻石的晶体结构与普通钻石不同,硬度要高出 58%。

“实验的关键点在于我们如何施加压力。除了被施加极端压力外,我们还为碳施加一种剪切力(shear)——类似于一种扭曲力或滑动力,这将使得碳原子移动到适当的位置,从而形成朗斯代尔石和普通钻石。” 布拉德比教授说。

论文通讯作者、墨尔本皇家理工大学(RMIT University)教授杜戈尔·麦卡洛克(Dougal McCulloch)及其团队通过使用先进的电子显微镜技术从实验样本中捕获了实体和完整的切片,从而观察这两种类型的钻石是如何形成的。

“切片图像显示,在我们的新方法下,普通钻石只在这些朗斯代尔石脉(Lonsdaleite vein)中形成。这种现象太神奇了,有助于我们了解这些钻石的形成方式。” 麦卡洛克说。

图 | 普通钻石形成于朗斯代尔石脉之间(来源:ANU)

研究人员表示,他们希望人们利用这项技术可以生产出数量可观的人造钻石,尤其是朗斯代尔石。由于朗斯代尔石硬度更大,其有望被用于在采矿现场切割超硬材料。
此外,快速制造出的钻石也可以被用于新型保护镀层和其他对自身硬度有一定需求的工业设备。

“制造更多这种罕见但超级有用的钻石是这项工作的长期目标。” 布拉德比说。