當(dāng)攜帶石墨的隕石撞上地球時(shí)，撞擊產(chǎn)生的高溫高壓能把石墨轉(zhuǎn)變成稀有且極端堅(jiān)硬的金剛石。長久以來，科學(xué)界一直對這種轉(zhuǎn)變在原子層面是如何發(fā)生的存有爭議?，F(xiàn)在，科學(xué)家通過模擬并實(shí)時(shí)觀測撞擊的瞬間，解開了其中的一些謎題。

       在美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）修建的首個(gè)此類撞擊實(shí)驗(yàn)室中，華盛頓州立大學(xué)（Washington State University）物理學(xué)家約根德拉·古普塔（Yogendra Gupta）和同事以5.1千米/秒的速度將填充了氟化鋰的子彈射向一個(gè)石墨圓盤，通過這種方式來模擬隕石撞擊，并且使用超亮X射線以每秒1500億幀的頻率“拍攝”該過程。

       “提到隕石撞擊形成金剛石時(shí)，人們總是會(huì)問，轉(zhuǎn)變是在哪個(gè)階段發(fā)生的，是僅在壓縮階段，還是在壓縮和撞擊后應(yīng)力釋放這兩個(gè)階段都有，”古普塔說，“我們的實(shí)驗(yàn)非常清楚地表明，這一轉(zhuǎn)變發(fā)生在壓縮階段”。具體來說，在50萬倍大氣壓下，石墨在幾十億分之一秒內(nèi)就會(huì)形成這種稀有的六方金剛石（hexagonal diamond，因晶體結(jié)構(gòu)而得名）。新發(fā)現(xiàn)表明，形成金剛石所需的撞擊強(qiáng)度或許并沒有科學(xué)家之前認(rèn)為的那么大。

       古普塔稱，早前的研究表明，六方金剛石需要在近200萬倍大氣壓下才能形成，不過這一數(shù)字“存在很大爭議”。還有一些研究表明，在較低壓力下石墨的結(jié)構(gòu)就會(huì)開始變化，不過這些實(shí)驗(yàn)中的X射線測試表明，較低壓力下形成的金剛石是多種不同結(jié)構(gòu)的混合物，因此，一直來以，“沒人確切知道轉(zhuǎn)變過程何時(shí)開始”，古普塔解釋道。早前的研究大多是在壓力逐漸升高的條件下研究原子轉(zhuǎn)變的。與之相反，古普塔和同事的實(shí)驗(yàn)表明，突然的撞擊可以直接形成六方金剛石，且形成的金剛石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完全由撞擊方向決定。該研究已于2017年10月發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》（Science Advances）雜志上。

       勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Livermore National Laboratory）的物理學(xué)家洛林·貝內(nèi)迪克特（Lorin Benedict，未參與此項(xiàng)研究）認(rèn)為，“該研究最令人興奮之處在于，研究者確定了一種晶型轉(zhuǎn)變成另一種時(shí)，發(fā)生撞擊的原子的準(zhǔn)確位置?！?/p>

       用這種方法得到的金剛石在壓力下降后仍能保持其結(jié)構(gòu)，不過古普塔想知道，當(dāng)壓力完全消失后，金剛石是否仍會(huì)保持穩(wěn)定。這樣的實(shí)驗(yàn)或許能產(chǎn)生制備工業(yè)用金剛石的全新方法。