Ugyan a tudomány jelenlegi állása szerint már nem a gyémánt a természetben előforduló legkeményebb ásvány – a rendkívül ritka wurtzit-bórnitrid és a lonsdaleit is megelőzi –, az tagadhatatlan, hogy nagyon kemény, így az iparban széles körben használják különféle anyagok vágásához. Ezekhez a feladatokhoz természetesen mesterséges gyémántot használnak, de elképzelhető, hogy a jövőben érkezhet egy ennél is jobb megoldás, egy japán kutatócsoportnak ugyanis sikerült olyan szénalapú anyagot terveznie, ami még a gyémántnál is keményebb – írja a SciTechDaily.

Azzal valószínűleg a legtöbben tisztában vannak, hogy a gyémántok a drágakövek között egyedülálló módon kizárólag szénatomokból állnak, melyek nagyon sűrű rácsszerkezetben állnak össze. Ez a szénnek csak az egyik allotróp módosulata, más körülmények mellett a szénatomok többek közt grafittá és nanocsövekké is össze tudnak állni, a különféle módosulatok tulajdonságait pedig többnyire az határozza meg, hogy az atomok pontosan hogyan kapcsolódnak egymáshoz. A hagyományos gyémánt esetében minden egyes szénatom négy szomszédjával van erős kovalens kötésben, amit sp³-hibridizációnak neveznek, más anyagokban pedig, ahol a szénatomok csak három kötést hoznak létre, sp²-hibridizációról van szó.

A University of Tsukuba kutatói a mostani kísérletben azt vizsgálták meg, hogy mi lenne, ha a szénatomokat egy komplexebb, a két hibridizáció keverekével létrejövő struktúrába rendeznék. Ahhoz, hogy megtalálják a legstabilabb szerkezetet, és megbecsüljék annak keménységét, az elektronsűrűséget mérő ún. sűrűségfunkcionál-elméletet (DFT) hívták segítségül, ami kellően leegyszerűsíti a számítást ahhoz, hogy el lehessen végezni azt számítógéppel, de így is elég pontos eredményt ad. A kutatók végül egy ötszögekből álló, pentagyémántnak elnevezett struktúrában találták meg a legjobb megoldást, melynek becsült rugalmassági modulusa közel 1700 gigapascal – ez durván 500-zal nagyobb érték, mint egy hagyományos gyémánt esetében.

A pentagyémánt keményebb a hagyományos gyémántnál, a sűrűsége azonban sokkal alacsonyabb, nagyjából a grafitéval van egy szinten. Ez a tanulmány megmutatja, mennyire előnyös az alapvető, már lefektetett természeti törvényekből kiindulva megtervezni egy anyagot. A pentagyémántot az ipari vágó- és fúróeszközök mellett akár a jelenleg alkalmazott gyémántüllős nyomáscellák helyett is alkalmazható lenne, melyeket jelenleg a bolygókban fennálló extrém nyomás reprodukálására használnak.

– mondta a tanulmány társszerzője, Okada Szuszumu.