Материаловеды нашли новую форму углерода

Материаловеды из Университета Северной Каролины сообщили о получении новой аллотропной модификации углерода — Q-углерод. Материал, стоящий в одном ряду с графитом и алмазом, обладает, по словам авторов, необычным для углерода свойством — ферромагнетизмом. Кроме того, его плотность превышает таковую даже у аморфного углерода. О новом материале сообщает пресс-релиз университета, однако статья в Journal of Applied Physics, на которую ссылается источник, недоступна. 

По словам авторов работы, новый материал удалось создать при облучении слоя аморфного углерода наносекундными импульсами мощного лазера. При этом вещество моментально разогревалось до температуры около четырех тысяч кельвинов и происходил фазовый переход, менялась структура материала. В результате материаловедам удавалось получить тонкие слои Q-углерода, толщиной от 20 до 500 нанометров.

Подробности о строении материала есть в абстракте статьи, приведенном в тексте пресс-релиза. Материал состоит на 75-80 процентов из так называемого sp³-гибридизованного углерода, из которого состоят, например, алмазы, и из sp²-гибридизованного углерода (соответствует графиту). Авторам удалось измерить магнитные свойства материала. Оказалось, что он является комнатно-температурным ферромагнетиком, то есть теряет свои магнитные свойства лишь при нагревании. Температура Кюри, при которой это происходит, составляет около 500 кельвинов (или примерно 220°C. Магнитное насыщение Q-углерода лишь в 4 раза меньше, чем у сплава неодим-железо-бор, применяющегося в сильных постоянных магнитах жестких дисков, около 20 электромагнитных единиц на грамм.

Также ученые авторы выяснили, что материал легко превращается в наноалмаз, этот процесс контролируется скоростью остывания образца. Как уточняют материаловеды, превратить Q-углерод в наноалмаз можно, например, с помощью еще одного лазерного импульса. Вместе с тем, сам по себе новый углерод тверже, чем алмаз, однако для его применения (например, в виде наночастиц) надо лучше исследовать его свойства. В частности, до сих пор непонятно, как получать из него отдельные наночастицы и наноиглы — материаловедам удалось получить лишь тонкие слои материала.

На сегодняшний день известно большое количество аллотропных форм углерода, основными из которых являются графит и алмаз. Также в этот список включают фуллерены, углеродные нанотрубки, карбины и их производные. На протяжении полувека считалось, что существует еще одна форма углерода — лонсдейлит, обладающий твердостью выше, чем у алмаза. В 2014 году международная группа кристаллографов выяснила, что на самом деле лонсдейлит представляет собой очень сильно деформированный алмаз и не является отдельной кристаллической формой.