A Földnek ütköző aszteroidák által okozott lökéshullámok különleges, gyémántszerű anyagokat hoznak létre, melyek szabályozott előállításával ultrakemény és képlékeny anyagok is tervezhetők – derült ki egy friss kutatásából, amelyben a magyar vezetésű nemzetközi kutatócsoport tagjai egy vasmeteoritból származó ásványt tanulmányoztak.

Németh Péter, az ELKH Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) Földtani és Geokémiai Intézetének tudományos főmunkatársa, valamint Fogarassy Zsolt, Illés Levente és Pécz Béla, az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont (EK) Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetének kutatói külföldi kollégáikkal az arizonai sivatagban 1891-ben talált Canyon Diablo vasmeteoritból származó, lonsdaleit nevű ásványt tanulmányozták a legkorszerűbb elektronmikroszkópos, krisztallográfiai és spektroszkópiai vizsgálatokkal.

Magyarázatuk szerint aszteroidabecsapódáskor nagy energiájú és sebességű lökéshullám keletkezik, amely rövid ideig tartó magas hőmérsékletet és extrém nyomást képes generálni. A különleges geológiai folyamat kedvez a nem egyensúlyi körülmények kialakulásának és a kivételes tulajdonságú anyagok képződésének.

Összetett, gyémántszerű nanoszerkezetek

Az úttörő brit krisztallográfusról, Kathleen Lonsdale professzorról elnevezett ásványról korábban úgy gondolták, hogy tiszta hexagonális szerkezetű gyémántból áll, amely különbözik a jól ismert köbös, kockaszerű kristályrácsú gyémánttól.

A mostani kutatás eredményei megkérdőjelezik a lonsdaleit szerkezetének eddigi leegyszerűsített felfogását. A kutatók megállapították, hogy a körülbelül 50 ezer évvel ezelőtti aszteroidaütközéskor létrejött, egyedülálló tulajdonságokkal rendelkező lonsdaleit valójában gyémánt-grafit nanoszerkezetek változatos összenövéseiből álló úgynevezett diafit, amely tulajdonképpen a két anyag közös szerkezete egyetlen kristályrácsban. Az ásványban emellett az atomrétegek ismétlődő mintázataiban előforduló számos rétegződési hiba is megfigyelhető.

Hatékonyabb és olcsóbb módszerekkel kutatnak

Az eredmények alapján a grafén- és a gyémántszerkezetek közötti összenövések különböző típusainak azonosítása hozzájárulhat az aszteroidabecsapódások során fellépő nyomás- és hőmérsékletviszonyok jobb megértéséhez.

A kutatók megállapították, hogy a gyémánt és a grafén határfelületén található szénatomok egyedi környezete miatt a grafénrétegek közötti távolság jelentősen eltér a megszokottól. Azt is felismerték, hogy a diafit szerkezete felelős egy eddig megmagyarázhatatlan Raman-spektroszkópiai sáv megjelenéséért. A gyémántban lévő diafitszerkezetek ennek köszönhetően mostantól egyszerű spektroszkópiai technikával is azonosíthatók, anélkül, hogy drága és munkaigényes elektronmikroszkópiára lenne szükség.

Ultrakemény anyagok más úton is létrejöhetnek

Kitértek arra, hogy a Canyon Diablo-mintában azonosított összetett szerkezetek számos más széntartalmú anyagban előfordulhatnak. A kutatók úgy gondolják, hogy nemcsak egy aszteroidabecsapódáskor létrejövő dinamikus lökéshullám, hanem magas nyomáson és hőmérsékleten történő statikus összenyomás, valamint kémiai gőzfázisú leválasztás is létrehozhat diafitszerkezeteket.

Hozzátettek, hogy a diafitok szabályozott rétegnövesztésével ultrakemény és képlékeny, továbbá a vezetőtől a szigetelőig hangolható elektronikai tulajdonságokkal rendelkező anyagok is tervezhetők.

Elektronikai és lézertechnológiai úttörés

A felfedezés megnyitja az utat az izgalmas mechanikai és elektronikus tulajdonságokkal rendelkező, új típusú gyémántszerű anyagok tervezése előtt, így a csiszolóanyagoktól az elektronikán és a nanomedicinán át a lézertechnológiáig számos ipari területen jöhetnek létre új alkalmazások.

A projekt többek között az NKFI Alap, valamint az MTA Bolyai János Kutatási Ösztöndíj támogatásával valósult meg.

Az eredményeket összefoglaló tanulmány az MTI szerint a Proceedings of the National Academy of Sciences szakfolyóiratban jelent meg július 22-én.

(MTI)