El cristal cúbico centrado en el cuerpo (BC8) de ocho átomos es una fase de carbono distinta:no es diamante, pero es muy similar. Se predice que BC8 será un material más fuerte, exhibiendo una resistencia a la compresión un 30% mayor que el diamante. Se cree que se encuentra en el centro de exoplanetas ricos en carbono. Si el BC8 pudiera recuperarse en condiciones ambientales, podría clasificarse como un superdiamante.

Teóricamente se predice que esta fase cristalina de carbono de alta presión es la fase más estable del carbono bajo presiones que superan los 10 millones de atmósferas.

"La fase BC8 del carbono en condiciones ambientales sería un nuevo material súper duro que probablemente sería más resistente que el diamante", dijo Ivan Oleynik, profesor de física de la Universidad del Sur de Florida (USF) y autor principal de un artículo publicado recientemente. en La Revista de Cartas de Química Física .

"A pesar de numerosos esfuerzos para sintetizar esta elusiva fase cristalina de carbono, incluidas campañas anteriores del Centro Nacional de Ignición (NIF), aún no se ha observado", dijo el científico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), Marius Millot, quien también participó en la investigación. "Pero creemos que puede existir en exoplanetas ricos en carbono".

Observaciones astrofísicas recientes sugieren la posible presencia de exoplanetas ricos en carbono. Estos cuerpos celestes, caracterizados por una masa considerable, experimentan presiones gigantescas que alcanzan millones de atmósferas en sus interiores profundos.

"En consecuencia, las condiciones extremas que prevalecen dentro de estos exoplanetas ricos en carbono pueden dar lugar a formas estructurales de carbono como el diamante y el BC8", dijo Oleynik. "Por lo tanto, una comprensión profunda de las propiedades de la fase de carbono BC8 se vuelve fundamental para el desarrollo de modelos interiores precisos de estos exoplanetas".

BC8 es una fase de alta presión de silicio y germanio que se puede recuperar en condiciones ambientales, y la teoría sugiere que el carbono BC8 también debería ser estable en condiciones ambientales.

El científico y coautor de LLNL, Jon Eggert, dijo que la razón más importante por la que el diamante es tan duro es que la forma tetraédrica de los cuatro átomos vecinos más cercanos en la estructura del diamante coincide perfectamente con la configuración óptima de los cuatro electrones de valencia en los elementos de la columna 14. en la tabla periódica (comenzando con el carbono, seguido del silicio y el germanio).

"La estructura BC8 mantiene esta perfecta forma tetraédrica del vecino más cercano, pero sin los planos de división que se encuentran en la estructura del diamante", dijo Eggert, coincidiendo con Oleynik en que "la fase BC8 del carbono en condiciones ambientales probablemente sería mucho más dura que el diamante".

A través de millones de simulaciones de dinámica molecular atómica en Frontier, la supercomputadora de exaescala más rápida del mundo, el equipo descubrió la metaestabilidad extrema del diamante a presiones muy altas, excediendo significativamente su rango de estabilidad termodinámica.

La clave del éxito fue el desarrollo de un potencial interatómico de aprendizaje automático muy preciso que describe las interacciones entre átomos individuales con una precisión cuántica sin precedentes en una amplia gama de condiciones de alta presión y temperatura.

"Al implementar eficientemente este potencial en Frontier basada en GPU (unidad de procesamiento de gráficos), ahora podemos simular con precisión la evolución temporal de miles de millones de átomos de carbono en condiciones extremas en escalas experimentales de tiempo y longitud", dijo Oleynik. "Predijimos que la fase BC8 posterior al diamante sería accesible experimentalmente sólo dentro de una región estrecha, de alta presión y alta temperatura del diagrama de fases del carbono".

El significado es doble. En primer lugar, aclara las razones detrás de la incapacidad de experimentos anteriores para sintetizar y observar la elusiva fase BC8 del carbono. Esta limitación surge del hecho de que BC8 sólo puede sintetizarse dentro de un rango muy estrecho de presiones y temperaturas.

Además, el estudio predice vías de compresión viables para acceder a este dominio altamente restringido donde se puede lograr la síntesis de BC8. Oleynik, Eggert, Millot y otros están colaborando actualmente para explorar estas vías teóricas utilizando las asignaciones de inyecciones de Discovery Science en NIF.

El equipo sueña con algún día cultivar un súper diamante BC8 en el laboratorio si pudieran sintetizar la fase y luego recuperar un cristal semilla BC8 a las condiciones ambientales.