Az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat (ELKH) kutatói és közreműködésük segített abban, hogy összetett gyémántszerű nanoszerkezeteket azonosítsanak aszteroidabecsapódás alkalmával.

Az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) és az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont (EK) munkatársai vezetésével egy nemzetközi kutatócsoport tagjai az lonsdaleit ásványt tanulmányozták a legkorszerűbb elektronmikroszkópos, krisztallográfiai és spektroszkópiai vizsgálatokkal. Ez az anyag az arizonai sivatagban 1891-ben talált Canyon Diablo vasmeteoritból származik. A vizsgálat során azt találták, hogy a Földnek ütköző aszteroidák okozta lökéshullámok különleges gyémántszerű anyagokat hoznak létre. Ezek szabályozott előállításával ultrakemény és képlékeny anyagok is tervezhetők. Egy aszteroidabecsapódás során nagy energiájú és sebességű lökéshullám keletkezik. Ez a lökéshullám rövid ideig tartó magas hőmérsékletet és extrém nyomást képes generálni, ami lehetővé teszi különleges geológiai folyamatok létrejöttét. Kedvezve ezzel a nem egyensúlyi körülmények kialakulásának és a kivételes tulajdonságú anyagok képződésének is.

A mostani kutatás eredményei megkérdőjelezik a lonsdaleit szerkezetének eddigi leegyszerűsített felfogását.

Az lonsdaleit ásványról, amit az úttörő brit krisztallográfusról, Kathleen Lonsdale professzorról neveztek el, korábban úgy gondolták, hogy tiszta hexagonális szerkezetű gyémántból áll, ami különbözik a jól ismert köbös, kockaszerű kristályrácsú gyémánttól. (A gyémánt a természetben megtalálható legkeményebb anyag.) Most azonban a kutatók megállapították, hogy a körülbelül 50 ezer évvel ezelőtti aszteroidabecsapódás során létrejött, egyedülálló tulajdonságokkal rendelkező lonsdaleit valójában gyémánt-grafit nanoszerkezetek változatos összenövéseiből áll. Ez az úgynevezett diafit, amely a két anyag közös szerkezete egyetlen kristályrácsban. Emellett ebben az ásványban az atomrétegek ismétlődő mintázataiban számos rétegződési hiba is megfigyelhető.

A kutatók mostani eredményei, azaz a grafén– és a gyémántszerkezetek közötti összenövések különböző típusainak azonosítása hozzájárulhat az aszteroidabecsapódások során fellépő nyomás- és hőmérsékletviszonyok jobb megértéséhez. Új eredménynek számít az is, hogy a gyémánt és a grafén határfelületén található szénatomok egyedi környezete miatt a grafénrétegek közötti távolság jelentősen eltér a megszokottól. Ezzel együtt arra is fény derült, hogy a diafit szerkezete felelős egy eddig megmagyarázhatatlan Raman-spektroszkópiai sáv megjelenéséért. Mindez azért is fontos, mert így a gyémántban lévő diafitszerkezetek mostantól egyszerű spektroszkópiai technikával is azonosíthatók. Ráadásul tehetik ezt anélkül, hogy drága és munkaigényes elektronmikroszkópiára lenne szükség.

A Canyon Diablo-mintában azonosított összetett szerkezetek számos más széntartalmú anyagban előfordulhatnak.

A laboratóriumi tömörítéssel előállított sűrű széntartalmú anyagok tanulmányozása kulcsfontosságú információkat nyújt a szén nagynyomású viselkedéséről. De a technológiai alkalmazásokhoz szükséges egyedi szerkezetek azonosításáról és tervezéséről is többet lehet megtudni az ilyen eljárások során. Ez főleg azért hasznos, mert ezeknek az újgenerációs anyagoknak a tanulmányozása és tervezése előtti fő akadály az, hogy nagyon foghíjas ismereteink vannak azok alapvető szerkezeteiről.

A szén-szén kötések változó kötési jellege igen eltérő tulajdonságokkal rendelkező anyagokat eredményez. Így születhet anyag a félfémes grafittól a széles sávú szigetelő gyémántig. A kutatás alapján azt feltételezik, hogy diafitszerkezeteket nemcsak az aszteroidabecsapódások során létrejövő dinamikus lökéshullám hozhat létre. Hanem magas nyomáson és hőmérsékleten történő statikus összenyomás, illetve kémiai gőzfázisú leválasztás is. Ez előrevetíti, hogy diafitok szabályozott rétegnövesztésével ultrakemény és mégis képlékeny, illetve a vezetőtől egészen a szigetelőig hangolható elektronikai tulajdonságokkal rendelkező anyagok is tervezhetők. Ami számos ipari területen eredményez új alkalmazási lehetőségeket. Hiszen a felfedezés megnyitja az utat izgalmas mechanikai és elektronikus tulajdonságokkal rendelkező, új típusú gyémántszerű anyagok tervezése előtt. Ilyenek lehetnek a csiszolóanyagok vagy az elektronika, a nanomedicina és a lézertechnológia területének új alapanyagai.

A kutatócsoport magyar tagjai: Németh Péter, a CSFK Földtani és Geokémiai Intézetének tudományos főmunkatársa, Fogarassy Zsolt, Illés Levente és Pécz Béla, az EK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetének kutatói. De elismerés illeti a néhai társszerző Paul McMillan professzort is, aki fontos szerepet játszott a kutatócsoport létrehozásában hozzájárulva a gyémántkutatás terén elért sikerekhez.