Carbon là nguyên tố dồi dào thứ tư trong vũ trụ và có nhiều dạng khác nhau, gọi là thù hình, trong đó có kim cương và graphite. Các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Địa Vật lí Carnegie thuộc một đội khoa học hợp tác vừa phát hiện ra một dạng mới của carbon có khả năng chịu những suất căng cực lớn trước đây chỉ quan sát thấy ở kim cương. Khám phá này sẽ được công bố trên tạp chí Physical Review Letters.

Đứng đầu đội khoa học là Wendy L. Mao ở Stanford và nghiên cứu sinh của bà tên là Yu Lin, cùng với Ho-kwang (Dave) Mao, Li Zhang, Paul Chow, Yuming Xiao, Maria Baldini, và Jinfu Shu thuộc Carnegie. Thí nghiệm bắt đầu với một dạng carbon gọi là carbon thủy tinh, chất liệu lần đầu tiên được tổng hợp vào thập niên 1950, và được biết là chất liệu có cả những tính chất đáng khao khát của thủy tinh và ceramic lẫn những tính chất của graphite. Đội khoa học đã tạo ra dạng thù hình carbon mới bằng cách nén carbon thủy tinh đến hơn 400 000 lần áp suất khí quyển thông thường.


Dạng carbon mới này có khả năng chịu đến 1,3 triệu lần áp suất khí quyển thông thường theo một chiều, trong khi bị hạn chế dưới áp suất 600 000 lần áp suất khí quyển theo những chiều khác. Không có chất liệu nào ngoài kim cương ra đã được quan sát thấy có khả năng trụ vững với suất căng áp suất như thế này, cho thấy dạng thù hình carbon mới thật sự phải rất bền.

Tuy nhiên, không giống như kim cương và những dạng kết tinh khác của carbon, cấu trúc của chất liệu mới này không được tổ chức thành những đơn vị nguyên tử lặp lại tuần hoàn. Nó là một chất vô định hình, nghĩa là cấu trúc của nó thiếu sự trật tự xa của các tinh thể. Dạng carbon vô định hình, siêu cứng này sẽ có lợi thế tiềm năng so hơn hẳn kim cương nếu độ cứng của nó hóa ra là đẳng hướng – nghĩa là có độ cứng đồng đều nhau theo mọi hướng. Trái ngược hẳn, độ cứng của kim cương phụ thuộc rất nhiều vào sự định hướng của tinh thể.

“Những kết quả này mở ra khả năng cho những ứng dụng tiềm năng, như những cái đe siêu cứng dùng trong nghiên cứu áp suất cao và có thể dẫn tới những họ chất liệu mới cực đặc và cực bền”, phát biểu của Russell Hemley, giám đốc Phòng thí nghiệm Địa Vật lí Carnegie.