Esaminando i diamanti all’interno di un vecchio meteorite, gli scienziati hanno scoperto un’affascinante e intricata struttura mai osservata prima. Secondo i ricercatori, la struttura, che è una forma a incastro di grafite e diamante, ha qualità speciali che un giorno potrebbero essere utilizzate per creare una ricarica più veloce o nuovi tipi di elettronica.
Il meteorite “Diablo Canyon”, come viene chiamato, colpì la Terra circa 50.000 anni fa e fu poi ritrovato in Arizona nel 1891. Questo meteorite è composto per circa il 90% da kamacite, per circa l’1-4% da taenite e fino all’8,5% da noduli di troilite-grafite (FeS e C). La massa originale è stata stimata in 30 metri di diametro e in circa 60.000 tonnellate. Si pensa che le strane strutture diamantate si siano formate e bloccate nel meteorite durante questo evento catastrofico con un impatto a circa di 30 km al secondo. Vari frammenti si trovano nell’area dell’impatto e vengono offerti in ebay per pochi dollari.
Questo meteorite contiene diamanti, anche se non delle varietà comuni. La maggior parte dei diamanti si forma a circa 150 chilometri sotto la superficie terrestre, dove le temperature possono raggiungere più di 1.093 gradi C. La temperatura e la pressione a questa profondità fanno sì che gli atomi di carbonio si dispongano in forme cubiche e simmetriche.
Al contrario, i diamanti trovati all’interno del meteorite “Canyon Diablo” hanno una struttura cristallina esagonale e sono noti come lonsdaleite (dal nome della cristallografa britannica Dame Kathleen Lonsdale, la prima professoressa dell’University College di Londra). Si è scoperto che questo tipo di cristalli può formarsi solo a pressioni e temperature incredibilmente elevate. Gli scienziati hanno replicato strutture simili, ma di solito si trovano solo nei meteoriti, essi hanno prodotto con successo la lonsdaleite in laboratorio – utilizzando polvere da sparo e aria compressa per spingere i dischi di grafite a 124.100 km/h contro una parete – la lonsdaleite si forma solitamente solo quando gli asteroidi colpiscono la Terra a velocità enormemente elevate.
Per quanto riguarda i diamanti del meteorite “Diablo Canyon”, gli scienziati hanno notato un fenomeno insolito mentre analizzavano la lonsdaleite contenuta al suo interno. Ad esempio, hanno scoperto crescite di un’altra sostanza a base di carbonio, il grafene, che interagisce con il diamante invece delle formazioni esagonali pure che avevano previsto. Queste crescite, chiamate diafiti, assumono l’aspetto di un modello a strati particolarmente affascinante all’interno del meteorite. I “difetti di impilamento” tra questi strati indicano che gli strati non sono allineati con precisione, secondo la dichiarazione dei ricercatori. La scoperta di diafiti nella lonsdaleite meteoritica crea la possibilità che questa risorsa sia ampiamente accessibile perché può essere trovata in altri materiali carbonacei. La scoperta migliora anche la comprensione dei ricercatori delle temperature e delle pressioni necessarie per costruire la struttura. Il grafene è costituito da un foglio di carbonio dello spessore di un atomo, disposto in esagoni. Il materiale ha numerose applicazioni potenziali, anche se la ricerca su di esso è ancora agli inizi. Secondo i ricercatori, un giorno potrebbe essere utilizzato per trattamenti medici più precisi, elettronica con velocità di ricarica fulminea o tecnologia più veloce e più flessibile, perché è leggero come una piuma e forte come un diamante, trasparente e altamente conduttivo, e 1 milione di volte più sottile di un capello umano.
Poiché queste crescite di grafene sono state trovate all’interno di meteoriti, i ricercatori possono ora imparare di più su come si formano e, di conseguenza, su come crearle in laboratorio.
“Attraverso la crescita controllata di strutture a strati, dovrebbe essere possibile progettare materiali che siano sia ultra duri che duttili, oltre ad avere proprietà elettroniche regolabili da conduttore a isolante”, ha dichiarato Christoph Salzmann, chimico dell’University College di Londra e coautore di un articolo che descrive la ricerca.
“Gli studi sui materiali di carbonio denso formati dagli impatti dei bolidi o prodotti dalla compressione in laboratorio forniscono informazioni fondamentali sul comportamento ad alta pressione del carbonio e per identificare e progettare strutture uniche per applicazioni tecnologiche. Tuttavia, uno dei principali ostacoli allo studio e alla progettazione di questi materiali è la comprensione incompleta delle loro strutture fondamentali. Qui riportiamo la notevole diversità strutturale del diamante cubico/esagonale (c/h) impilato e la loro associazione con nanocompositi di diamante-grafite contenenti schemi di legame sp3-/sp2, cioè diafiti, provenienti da materiali di carbonio duri formati dall’impatto d’urto della grafite nel meteorite di ferro Canyon Diablo. Mostriamo l’evidenza di una serie di tipi di intercrescita e di nanostrutture contenenti spaziature insolitamente corte (0,31 nm) del grafene e dimostriamo che bande Raman precedentemente trascurate o mal interpretate possono essere associate a strutture diafite. Il nostro studio fornisce una comprensione strutturale del materiale noto come lonsdaleite, precedentemente descritto come diamante esagonale, ed estende questa comprensione ad altre fasi di carbonio ultraduro naturale e sintetico.