BC8 超級鑽石比任何已知材料都要堅硬，但它們很可能只存在於巨型系外行星的內核中。現在，世界上最強的超級電腦”前沿”已經揭開了它們形成的秘密，這一發現可能會導致在地球上生產它們。

鑽石不僅是奪人眼球的珠寶，而且在世界各地被廣泛應用。作為世界上最堅硬的物質–得益於其獨特的構造–它們在鑽探先進的地熱井以及作為核電池的半導體等各個方面都發揮著作用。

因此，想像一下，如果我們能創造出比人類已知最堅固的材料還要堅固的物質，將會帶來怎樣的可能性。

事實上，這正是科學家多年來的設想。他們預測，鑽石中每四個碳原子就有八個碳原子，這種物質很可能存在於比地球大至少兩倍的行星的內核中，在極端的高溫和高壓下。

在實驗室中製造這種被稱為BC8（八原子體心立方體）的”超級鑽石”也許是可能的，但至少需要複製的條件是極具挑戰性的。複製器需要達到地球大氣壓力的1000 萬倍，溫度接近太陽表面溫度，因此進行多個物理實驗來嘗試生產BC8 有點不切實際。

世界上最快的超級電腦：美國能源部橡樹嶺實驗室的”前沿”超級電腦。它擁有在數百萬組條件下運行數百萬個原子建模情況的能力，可以準確地確定形成BC8 所需的條件。該研究的第一作者、南佛羅裡達大學物理學教授伊万-奧利尼克（Ivan Oleynik）領導的一個研究小組獲得了訪問”前沿”的許可，看看它是否能幫助他們破解BC8 的密碼–它成功了。

奧利尼克說：”這是高壓物理學的終極挑戰。這是我們版本的哲人之石，中世紀的煉金術士相信只要找到它就能點石成金。煉金術士們可沒有”前沿”。

這位教授和他的團隊為”前沿”提供了大量數據，以訓練一個名為LAMMPS 的軟體模組（LAMMPS 是大規模原子/分子大規模並行模擬器軟體模組的縮寫）進行必要的計算。奧利尼克說，其他計算機根本無法運行該程式。

奧利尼克說：”我們基本上確定了一個十億原子系統中每個原子周圍的所有原子環境，這些環境可能是該系統在極端壓力和溫度下演化過程中產生的。沒有超算，這是不可能實現的。不足以處理這麼多原子。

在使用Frontier 9400 多個節點中的8000 個節點運行LAMMPS 約24 小時後，研究小組得到了一個答案，其中顯示了將碳轉化為BC8 所需的一個獨特且略微令人驚訝的步驟。他們發現，傳統的鑽石首先需要熔化，然後碳液才能重新排列成BC8 的超強結構。

“從這個意義上說，這是一個新發現，因為在大多數情況下，材料通過原子結構的協同重排，從一種結晶相轉變為另一種結晶相。但構成鑽石的碳鍵非常堅固，我們必須熔化鑽石才能將其轉化為新的BC8 晶相。表面的溫度。

研究發現，這種條件可以透過一系列衝擊波來創造，並為研究小組提供了恰到好處的衝擊波，以達到形成BC8 所需的溫度和壓力讀數。

現在，團隊開始嘗試在勞倫斯-利弗莫爾國家實驗室的國家點火裝置上合成BC8，以驗證他們的知識。該點火裝置是一個體育場大小的核融合設施，使用192 個強大的雷射產生超過1.8 億華氏度的高溫和超過1000 億個地球大氣壓力的壓力。

“多虧了’前沿’，我們才有了成功的機會，”奧列尼克總結道。 “這仍然是一個極端的挑戰，沒有任何保證，但我們對這些結果充滿信心”。

以下影片提供了有關調查結果的更多資訊。

研究結果已在《物理化學通訊》期刊發表。