Stötvågor orsakade av asteroider som kolliderar med jorden skapar material med en rad komplexa kolstrukturer, som kan användas för att främja framtida tekniska tillämpningar, enligt en internationell studie ledd av UCL och ungerska forskare.

Publicerad idag i Proceedings of the National Academy of Sciences , har forskargruppen funnit att diamanter som bildas under en högenergichockvåg från en asteroidkollision för omkring 50 000 år sedan har unika och exceptionella egenskaper, orsakade av kortvariga höga temperaturer och extremt tryck.

Forskarna säger att dessa strukturer kan riktas mot avancerade mekaniska och elektroniska tillämpningar, vilket ger oss möjligheten att designa material som inte bara är ultrahårda utan också formbara med avstämbara elektroniska egenskaper.

För studien använde forskare från Storbritannien, USA, Ungern, Italien och Frankrike detaljerade toppmoderna kristallografiska och spektroskopiska undersökningar av mineralet lonsdaleite från Canyon Diablo järnmeteoriten som först hittades 1891 i Arizonas öken.

Uppkallad efter den banbrytande brittiska kristallografen professor Dame Kathleen Lonsdale, den första kvinnliga professorn vid UCL, troddes lonsdaleite tidigare bestå av ren hexagonal diamant, vilket skiljer den från den klassiska kubiska diamanten. Teamet fann dock att det faktiskt består av nanostrukturerade diamant- och grafenliknande sammanväxter (där två mineraler i en kristall växer ihop) som kallas diafiter. Teamet identifierade också staplingsfel, eller "fel" i sekvenserna av de upprepade mönstren av lager av atomer.

Huvudförfattaren Dr. Péter Németh (Institutet för geologisk och geokemisk forskning, RCAES) sa:"Genom erkännandet av de olika sammanväxttyperna mellan grafen- och diamantstrukturer kan vi komma närmare att förstå de tryck-temperaturförhållanden som uppstår under asteroidnedslag. "

Teamet fann att avståndet mellan grafenlagren är ovanligt på grund av de unika miljöerna av kolatomer som förekommer i gränsytan mellan diamant och grafen. De visade också att diafitstrukturen är ansvarig för ett tidigare oförklarat spektroskopiskt särdrag.

Studiens medförfattare professor Chris Howard (UCL Physics &Astronomy) sa:"Detta är väldigt spännande eftersom vi nu kan upptäcka diafitstrukturer i diamant med en enkel spektroskopisk teknik utan behov av dyr och mödosam elektronmikroskopi."

Enligt forskarna kan de strukturella enheterna och komplexiteten som rapporteras i lonsdaleite-proverna förekomma i ett brett spektrum av andra kolhaltiga material som produceras genom chock och statisk kompression eller genom avsättning från ångfasen.

Studiens medförfattare professor Christoph Salzmann (UCL Chemistry) sa:"Genom den kontrollerade skikttillväxten av strukturer borde det vara möjligt att designa material som är både ultrahårda och även formbara, samt har justerbara elektroniska egenskaper från en ledare till en isolator.

"Upptäckten har därför öppnat dörren till nya kolmaterial med spännande mekaniska och elektroniska egenskaper som kan resultera i nya tillämpningar, allt från slipmedel och elektronik till nanomedicin och laserteknik."

Förutom att uppmärksamma de exceptionella mekaniska och elektroniska egenskaperna hos de rapporterade kolstrukturerna, utmanar forskarna också den nuvarande förenklade strukturella synen på mineralet betecknat som lonsdaleite.

Forskarna är också tacksamma mot den bortgångne medförfattaren professor Paul McMillan, som var Sir William Ramsay Chair of Chemistry vid UCL, för att han förde teamet samman, hans outtröttliga entusiasm för detta arbete och hans varaktiga bidrag till området för diamantforskning. + Utforska vidare

Sätt att syntetisera stabil diamane vid högt tryck