I naturen, diamanter bildas djupt i jorden under miljarder år. Denna process kräver miljöer med exceptionellt högt tryck och temperaturer över 1, 000 ℃.

Vårt internationella team har skapat två olika typer av diamanter vid rumstemperatur - och på några minuter. Det är första gången diamanter framgångsrikt har producerats i ett laboratorium utan tillsatt värme.

Våra resultat publiceras i tidskriften Små .

Det finns mer än en form av diamant

Kolatomer kan binda ihop på ett antal sätt för att bilda olika material, inklusive mjuk svart grafit och hård transparent diamant.

Det finns många välkända former av kol med grafitliknande bindning, inklusive grafen, det tunnaste materialet som någonsin uppmätts. Men visste du att det också finns mer än en typ av kolbaserat material med diamantliknande bindning?

I en vanlig diamant, atomer är arrangerade i en kubisk kristallin struktur. Dock, det är också möjligt att ordna dessa kolatomer så att de har en sexkantig kristallstruktur.

Denna olika form av diamant kallas Lonsdaleite, uppkallad efter irländsk kristallograf och stipendiat i Royal Society Kathleen Lonsdale, som studerade kolets struktur med hjälp av röntgenstrålar.

Det finns ett stort intresse för Lonsdaleite, eftersom det förutspås vara 58% hårdare än vanlig diamant-som redan anses vara det hårdaste naturligt förekommande materialet på jorden.

Det upptäcktes först i naturen, på platsen för Canyon Diablo meteoritkrater i Arizona. Små mängder av ämnet har sedan syntetiserats i laboratorier genom uppvärmning och komprimering av grafit, med antingen högtryckspress eller sprängämnen.

Vår forskning visar att både Lonsdaleite och vanlig diamant kan bildas vid rumstemperatur i ett laboratorium, genom att bara applicera höga tryck.

De många sätten att göra en diamant

Diamanter har syntetiserats i laboratorier sedan 1954. Sedan, Tracy Hall på General Electric skapade dem med hjälp av en process som efterliknade de naturliga förhållandena i jordskorpan, tillsats av metalliska katalysatorer för att påskynda tillväxtprocessen.

Resultatet blev högt tryck, högtemperaturdiamanter som liknar dem som finns i naturen, men ofta mindre och mindre perfekt. Dessa tillverkas fortfarande idag, främst för industriella tillämpningar.

Den andra stora metoden för diamanttillverkning är via en kemisk gasprocess som använder en liten diamant som "frö" för att växa större diamanter. Temperaturer på cirka 800 ℃ krävs. Även om tillväxten är ganska långsam, dessa diamanter kan odlas stora och relativt felfria.

Naturen har gett tips om andra sätt att bilda diamant, inklusive under meteoriternas våldsamma påverkan på jorden, såväl som i processer som höghastighets-asteroidkollisioner i vårt solsystem-vilket skapar det vi kallar "utomjordiska diamanter".

Forskare har försökt förstå exakt hur slag eller utomjordiska diamanter bildas. Det finns några bevis på att förutom höga temperaturer och tryck, glidkrafter (även kända som "skjuvkrafter") kan spela en viktig roll för att utlösa deras bildning.

Ett föremål som påverkas av skjuvkrafter skjuts i en riktning upptill och motsatt riktning nedtill.

Ett exempel är att skjuta en kortlek till vänster längst upp och till höger längst ner. Detta skulle tvinga däcket att glida och korten att spridas ut. Därav, skjuvkrafter kallas också "glidande" krafter.

Att göra diamanter vid rumstemperatur

För vårt arbete, vi utformade ett experiment där ett litet chip av grafitliknande kol utsattes för både extrema skjuvkrafter och höga tryck, för att uppmuntra bildandet av diamant.

Till skillnad från de flesta tidigare arbeten på denna front, ingen ytterligare uppvärmning applicerades på kolprovet under komprimering. Med hjälp av avancerad elektronmikroskopi-en teknik som används för att fånga bilder med mycket hög upplösning-befanns det resulterande provet innehålla både vanlig diamant och Lonsdaleite.

I detta aldrig tidigare setta arrangemang, en tunn "flod" av diamant (cirka 200 gånger mindre än ett människohår) omgavs av ett "hav" av Lonsdaleite.

Konstruktionens arrangemang påminner om "skjuvband" som observerats i andra material, där ett smalt område upplever intensiv, lokaliserad stam. Detta tyder på att skjuvkrafterna var nyckeln till bildandet av dessa diamanter vid rumstemperatur.

Tuffa nötter att knäcka

Möjligheten att göra diamanter vid rumstemperatur, på några minuter, öppnar upp många tillverkningsmöjligheter.

Specifikt, att göra "hårdare än diamanten" Lonsdaleite på detta sätt är spännande nyheter för branscher där extremt hårda material behövs. Till exempel, diamant används för att belägga borr och blad för att förlänga dessa verktygs livslängd.

Nästa utmaning för oss är att sänka trycket som krävs för att bilda diamanterna.

I vår forskning, det lägsta trycket vid rumstemperatur där diamanter observerades ha bildats var 80 gigapascal. Detta motsvarar 640 afrikanska elefanter på toppen av en balettsko!

Om både diamant och Lonsdaleite kunde tillverkas vid lägre tryck, vi kan göra mer av det, snabbare och billigare.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.