金刚石是已知最强的材料。然而，另一种形式的碳预计比金刚石更坚硬。挑战在于如何在地球上创造它。

超级计算机模拟超级钻石提出了一条创造它的途径

八原子体心立方 (BC8) 晶体是一种独特的碳相：不是金刚石，但非常相似。BC8 预计是一种强度更高的材料，其抗压缩能力比金刚石高 30%。据信它是在富含碳的系外行星的中心发现的。如果BC8可以在环境条件下回收，它可以被归类为超级钻石。

理论上，这种碳的结晶高压相被预测为在超过 1000 万个大气压的压力下最稳定的碳相。

南佛罗里达大学 (USF) 物理学教授、最近发表的一篇论文的资深作者伊万·奥莱尼克 (Ivan Oleynik) 表示：“环境条件下的 BC8 相碳将是一种新型超硬材料，可能比金刚石还要坚硬。”在物理化学快报杂志上。

参与这项研究的劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 科学家马吕斯​​·米洛特 (Marius Millot) 表示：“尽管为合成这种难以捉摸的碳晶相做出了许多努力，包括之前的国家点火装置 (NIF) 活动，但它尚未被观察到。” “但我们相信它可能存在于富含碳的系外行星中。”

最近的天体物理学观测表明，富含碳的系外行星似乎存在。这些天体的特点是质量相当大，其内部深处承受着高达数百万个大气压的巨大压力。

奥雷尼克说：“因此，这些富含碳的系外行星中普遍存在的极端条件可能会产生碳的结构形式，例如金刚石和BC8。” “因此，深入了解 BC8 碳相的特性对于开发这些系外行星的精确内部模型至关重要。”

BC8 是硅和锗的高压相，可恢复到环境条件，理论表明 BC8 碳在环境条件下也应该是稳定的。

LLNL 科学家兼合著者 Jon Eggert 表示，金刚石如此坚硬的最重要原因是金刚石结构中四个最近邻原子的四面体形状与第14 列元素中四个价电子的最佳配置完美匹配元素周期表中的元素(从碳开始，然后是硅和锗)。

Eggert 表示：“BC8 结构保持了这种完美的四面体最近邻形状，但没有金刚石结构中发现的解理面。”他同意 Oleynik 的观点，“环境条件下碳的 BC8 相可能比金刚石坚韧得多。”

通过在世界上最快的百亿亿次超级计算机 Frontier 上进行数百万次原子分子动力学模拟，该团队发现了金刚石在极高压力下的极端亚稳定性，显着超出了其热力学稳定性范围。

成功的关键是开发非常精确的机器学习原子间势，该势能在各种高压和温度条件下以前所未有的量子精度描述单个原子之间的相互作用。

Oleynik 表示：“通过在基于 GPU(图形处理单元)的 Frontier 上有效实现这一潜力，我们现在可以在实验时间和长度尺度的极端条件下准确模拟数十亿个碳原子的时间演化。” “我们预测，后金刚石 BC8 相只能在碳相图的狭窄、高压、高温区域内通过实验获得。”

其意义是双重的。首先，它阐明了之前的实验无法合成和观察难以捉摸的BC8相碳的原因。这种限制是由于 BC8 只能在非常窄的压力和温度范围内合成。

此外，该研究预测了可行的压缩途径来进入这个高度受限的域，在该域​​中可以实现 BC8 的合成。Oleynik、Eggert、Millot 和其他人目前正在合作，利用 NIF 上的 Discovery Science 镜头分配来探索这些理论路径。

该团队梦想有一天能够在实验室中培育出一颗 BC8 超级钻石，只要他们能够合成该相，然后将 BC8 籽晶恢复到环境条件即可。