小行星撞击产生了结构异常复杂的金刚石材料

诸平

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据英国伦敦大学学院（University College London简称UCL）2022年7月18日提供的消息，一项国际研究表明，小行星撞击产生了结构异常复杂的金刚石材料（Asteroid impacts create diamond materials with exceptionally complex structures）。

根据伦敦大学学院（UCL）和匈牙利（Hungarian）科学家领导的一项国际研究，小行星与地球碰撞引起的冲击波（Shockwaves）会产生一系列复杂碳结构的材料，这些材料可以用于推进未来的工程应用。相关研究结果于2022年7月19日发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）杂志网站——Shock-formed carbon materials with intergrown sp³- and sp²- bonded nanostructured units. Proceedings of the National Academy of Sciences, (2022). DOI: 10.1073/pnas.2203672119. https://dx.doi.org/10.1073/pnas.2203672119

研究小组发现，大约5万年前小行星碰撞(asteroid collision)产生的高能冲击波形成的金刚石类(diamonds)物质具有独特的特殊性质，这是由短期高温和极端压力造成的。

研究人员表示，这些结构可用于先进的机械和电子应用，使我们能够设计出不仅超硬而且具有可调电子特性的可延展材料。

在这项研究中，来自英国（UK）、美国（US）、匈牙利（Hungary）、意大利（Italy）和法国（France）的科学家们，使用了最先进的晶体学和光谱技术，对来自于189年在亚利桑那沙漠（Arizona desert）中首次发现的迪亚波罗峡谷铁陨石（Canyon Diablo iron meteorite）的朗斯代尔石(mineral lonsdaleite)进行了详细的研究。

朗斯代尔石以英国晶体学先驱、伦敦大学学院第一位女教授凯萨琳·朗斯代尔（Dame Kathleen Lonsdale）的名字命名。此前，朗斯代尔石被认为是由纯六边形金刚石组成，有别于经典的立方金刚石（classic cubic diamond）。然而，研究小组发现，它实际上是由纳米结构的金刚石和石墨烯类共生体(晶体中的两种矿物质一起生长)组成的，称为diaphites。该团队还发现了堆叠错误，即原子层重复模式序列中的“错误”。

上述论文的主要作者、RCAS地质和地球化学研究所（Institute for Geological and Geochemical Research）彼得·内梅特（Péter Németh）博士说：“通过识别石墨烯和金刚石结构之间的各种共生类型，我们可以更深入地了解小行星撞击期间发生的压力-温度条件。”

研究小组发现，由于金刚石和石墨烯界面上碳原子的特殊环境，石墨烯层（graphene layers）之间的距离是不寻常的。他们还证明，diaphite结构是导致先前无法解释的光谱特征的原因。

该研究的合著者、UCL物理与天文学系（UCL Physics & Astronomy）克里斯·霍华德（Chris Howard）教授说：“这非常令人兴奋，因为我们现在可以使用简单的光谱技术检测金刚石中的diaphite结构，而无需昂贵而费力的电子显微镜。”

据科学家称，朗斯代尔石样品中所报告的结构单元和复杂性可发生在由冲击和静态压缩或气相沉积产生的其他多种含碳材料中。

研究合著者、UCL化学（UCL Chemistry）克里斯托夫·萨尔兹曼（Christoph Salzmann）教授说：“通过结构的可控层生长，应该可以设计出既超硬又有韧性的材料，并且从导体到绝缘体都具有可调的电子特性。因此，这一发现为具有令人兴奋的机械和电子特性的新型碳材料打开了大门，这些材料可能会产生新的应用，从磨料和电子产品到纳米医学和激光技术。”

“除了引起人们对所报道的碳结构的特殊机械和电子特性的注意之外，科学家们还对目前被称为朗斯代尔石的矿物的过于简单的结构观点提出了挑战。

研究人员还感谢已故合著者保罗·麦克米兰教授（Paul McMillan），他曾是UCL威廉·拉姆齐爵士（Sir William Ramsay）的化学系主席，感谢他将团队召集在一起，感谢他对这项工作的不懈热情以及他对金刚石研究领域的持久贡献。

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

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