(PhysOrg.com) -- När det gäller styrketester, grafit - faktiskt skiktade ark med kolatomer - klarar sig dåligt. Utsätt det för ultrahögt tryck, fastän, och grafit blir diamant, det hårdaste ämnet man känner till, och ett unikt användbart material i en mängd olika tillämpningar.

Men även om diamanter kan vara för evigt, de flesta material som omvandlas under högt tryck återgår till sin ursprungliga struktur när trycket höjs - och förlorar alla användbara egenskaper som de kan ha fått när klämningen var på.

Nu, genom att förstå processen bakom själva transformationen, ur både experimentella och teoretiska perspektiv, forskare har tagit ett potentiellt steg mot att skapa en ny klass av exceptionellt starka, hållbara material som bibehåller sina högtrycksegenskaper - inklusive styrka och supraledning - i vardagliga lågtrycksmiljöer.

Forskningen, ledd av Zhongwu Wang, personalforskare vid Cornell High Energy Synchrotron Source (CHESS) och inklusive Roald Hoffmann, 1981 års kemi Nobelpristagare och Frank H.T. Rhodos professor i humana brev emeritus, visas den 12 oktober, frågan om Förfaranden från National Academy of Sciences .

Ytterligare forskare vid CHESS, en grupp i Korea och en postdoktor i Hoffmann -gruppen, Xiao-dong Wen, också bidragit.

Forskare använder ofta röntgendiffraktion, en teknik där röntgenstrålar projiceras mot en struktur och fångas på film efter att de passerat genom eller studsar från dess ytor, att bestämma de statiska strukturerna hos atomer och molekyler. Men tills nu, transformationen och interaktionen mellan två strukturer skedde i en metaforisk svart låda, sa Wang.

För att öppna lådan, forskare fokuserade på wurtzite, en kadmium-selen kristall i vilken atomer är ordnade i en diamantliknande struktur och molekyler är bundna på ytan. När tunna ark av wurtzite pressas under 10,7 gigapascal tryck, eller 107, 000 gånger trycket på jordens yta, deras atomstruktur förvandlas till en stensaltliknande struktur

Att utsätta en kristall i makrostorlek för högt tryck kan få den att gå sönder (små defekter i kristallstrukturen förstorar, orsakar strukturen, och omvandlingsprocessen, att bli oregelbunden) -- så gruppens koreanska kollaboratörer förberedde istället wurtzite nanoark, som bara är 1,4 nanometer tjocka och defekta.

När tryck applicerades, Wang och kollegor integrerade två röntgendiffraktionstekniker (små- och storvinklig röntgendiffraktion) för att karakterisera förändringar i kristallens ytform och inre atomstruktur, såväl som den strukturella förändringen av ytbundna molekyler.

De upptäckte först att nanoskikten krävde tre gånger trycket för att genomgå transformationen som samma material i större kristallform.

De testade också materialets sträckgräns (spänningsnivån vid vilken det börjar deformeras), hårdhet (motståndskraft mot repor eller nötning) och elasticitet (förmåga att återgå till sin ursprungliga form) under transformationen. Att förstå hur dessa egenskaper förändras när molekylerna interagerar kan hjälpa forskare att designa starkare, tuffare material, sa Wang.

Och lägga till en bindningsmolekyl som kallas en mjuk ligand till ytan på högtrycksnanoskikten, forskarna observerade effekten av att bindningen till nanosheets inre struktur, transformationstryck, och avstånd.

Under tiden, när Wang och kollegor utförde experimenten på CHESS, Wen och Hoffmann arbetade med motsvarande teori bakom transformationsinteraktionen.

"Både experimentet och simuleringen stämmer väl överens, " sa Wang. "Nu vet vi hur atomerna rör sig. Vi förstår det mellanliggande förfarandet."

Nästa steg är att testa sätt att blockera den omvända omvandlingen från stensalt tillbaka till wurtzite, skapa ett material som bibehåller bergsaltets unika egenskaper under omgivande tryck.

Och Wangs experimentella process kan lova att förstå transformationsvägen för andra föreningar också.

"Det kan gälla alla andra material, " sa Wang. "Följ bara vårt sätt att mäta."