Descubren el material más duro conocido en el universo: un nuevo tipo de diamante

El diamante es el material más duro que hemos visto hasta ahora, pero un equipo de investigadores asegura haber encontrado uno que es todavía más duro: otro tipo de diamante. El descubrimiento lo han hecho mediante simulaciones realizadas con un superordenador que les han permitido probar millones de combinaciones de los átomos del carbono. El problema es que los investigadores son incapaces de replicarlo de manera artificial en el laboratorio y el único sitio posible donde puede encontrarse de manera natural podría estar fuera del sistema solar.

El nuevo diamante lleva por nombre BC8 y es un cristal de ocho átomos con forma tetraédrica que tiene un 30% más de resistencia a la compresión que los diamantes tradicionales. Sin embargo, para poder sintetizar este material en un laboratorio haría falta someterlo a unos niveles de presión y temperatura muy precisos imposibles de alcanzar por el momento.

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El equipo, formado por investigadores del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) y la Universidad del Sur de Florida, ha revelado los detalles de este descubrimiento en un reciente artículo de la revista The Journal of Physical Chemistry Letters. "A pesar de los numerosos esfuerzos por sintetizar esta esquiva fase cristalina del carbono, incluidas las anteriores campañas de la National Ignition Facility (NIF) [un sistema de investigación de la fusión por confinamiento inercial basado en láser, situado en el LLNL], aún no se ha observado", afirma Marius Millot, científico del LLNL y uno de los autores del artículo.

Cómo lo han descubierto

Los investigadores han basado su trabajo en el poder computacional de Frontier, el superordenador más rápido del mundo, situado en la Oak Ridge Leadership Computing Facility de Tennessee (EEUU). Además, han creado un algoritmo de aprendizaje automático que es capaz de describir las interacciones entre cada uno de los átomos a escala cuántica y en diversas condiciones de presión y temperatura con una precisión sin precedentes, aseguran.

"Gracias a la eficiente implementación de este potencial en la GPU Frontier, ahora podemos simular con precisión la evolución temporal de miles de millones de átomos de carbono en condiciones extremas a escalas experimentales de tiempo y longitud", explica Ivan Oleynik, profesor de Física de la Universidad del Sur de Florida y autor principal del artículo.

El sistema realizó simulaciones de dinámica molecular de varios millones de átomos de carbono hasta dar con el BC8, una fase de alta presión del carbono que, según las estimaciones del equipo, podría ser estable bajo presiones que superan los 10 millones de atmósferas. "La fase BC8 del carbono en condiciones ambientales sería un nuevo material superduro que probablemente sería más duro que el diamante", afirma Oleynik.

Los investigadores aseguran que el BC8 es una fase de alta presión tanto del silicio como del germanio que se puede dar en condiciones ambientales, por lo que, en teoría, el carbono BC8 también debería serlo. Además, el equipo sostiene que su estructura atómica es similar a la del diamante, aunque más fuerte. El motivo, dicen, es que carece de los planos de clivaje de los diamantes, los puntos más débiles de estas piedras preciosas.

Salir del sistema solar para encontrarlos

Estos experimentos han permitido al equipo entender cómo se forma el BC8, sin embargo, los intentos de sintetizar el material en las instalaciones del LLNL no han dado resultado. "Pero creemos que puede existir en exoplanetas ricos en carbono", aseguran.

Los últimos descubrimientos de los astrofísicos apuntan a la existencia de planetas fuera de nuestro sistema solar que son ricos en carbono. Estos cuerpos celestes suelen tener una gran masa y generan enormes presiones en su interior.

"Las condiciones extremas que prevalecen en el interior de estos exoplanetas ricos en carbono pueden dar lugar a formas estructurales de carbono como el diamante y el BC8", afirma Oleynik. "Por lo tanto, una comprensión en profundidad de las propiedades de la fase de carbono BC8 es clave para el desarrollo de modelos interiores más precisos de estos exoplanetas". Además, el equipo cree que, superados los obstáculos tecnológicos, algún día será posible cultivar estos superdiamantes en el laboratorio.