金刚石是目前已知最强的材料，但由相同碳制成的 8 原子体心立方 (BC8) 晶体预计比金刚石的抗压缩性高出 30%，使其成为更坚固的材料。碳BC8尚未在地球上被发现，但人们认为它存在于富含碳的系外行星的中心。
理论上，这种碳的结晶高压相被预测为在压力超过 1000 万个大气压时最稳定的碳相。
美国和瑞典的物理学家在超级计算机上进行了量子力学分子动力学模拟，以研究金刚石在加热到变得不稳定的温度时在高压下的行为。获得了有关将原子推入这种独特结构的条件的新线索。 。
南佛罗里达大学 (USF) 物理学教授、该论文的主要作者伊万·奥莱尼克 (Ivan Oleynik) 表示：“常压条件下碳的 BC8 相代表了一种新型超硬材料，可能比金刚石还要坚固。”
BC8 相已在硅和锗中观察到。这种高压相可以恢复到室温，理论上碳的BC8相在室温下也应该是稳定的。共同作者、劳伦斯利弗莫尔国家实验室的科学家 Jon Eggert 表示，钻石如此坚硬的最重要原因是钻石结构中四个最近邻居的四面体形状与元素周期表第 14 列中的元素相似（这是因为它完美地匹配了碳的四个价电子的最佳排列（从碳开始，然后是硅和锗）。
“BC8 结构保持了这种完美的四面体最近平面几何形状，但没有金刚石结构中发现的解理面。BC8 相中的碳在室温下可能比金刚石强得多。”Eggert 说。
然而，虽然BC8碳应该能够在室温下存在，但在实验室中合成它的尝试一直没有成功。由南佛罗里达大学物理学家 Kien Nguyen Cong 领导的一组研究人员利用超级计算的力量试图找出这些努力出了问题的地方。
研究人员使用橡树岭国家实验室的Frontier超级计算机进行模拟，描述在非常高的压力和温度条件下单个原子之间的相互作用。Frontier 是目前世界上最快的超级计算机。当他们在 Frontier 上运行这个模拟时，他们能够重现极端条件下数十亿个碳原子的演化。
结果揭示了BC8碳合成困难的原因。
“我们预测，后金刚石 BC8 相只能通过实验在碳相图的狭窄、高压、高温区域中获得，”Oleynik 解释道。
也就是说，只有一个非常狭窄的高压高温区域才能形成BC8碳，而迄今为止实验还没有满足这个条件。此外，这项研究预测了一种可行的压缩途径来访问这个高度受限的区域，从而实现 BC8 的合成。现在条件已经知道，BC8碳的合成也许终于成为可能。
研究人员目前正在国家点火装置基于该理论进行实验。
参考
- 劳伦斯利弗莫尔国家实验室：超级计算机模拟超级钻石揭示了其创造之路
- 物理化学快报杂志：金刚石的极端亚稳定性及其向碳的 BC8 后金刚石相的转变
研究总结
金刚石具有非常强的碳碳键，因此具有优异的物理特性，使其能够在极高的压力和温度下抵抗结构变化。尽管进行了多次实验尝试，但理论上预测的后金刚石 BC8 相的合成和回收尚未实现。利用量子精确的数百万原子分子动力学 (MD) 模拟，我们揭示了金刚石在超高压下的极端亚稳定性。结果表明，金刚石后 BC8 相只能在碳相图的狭窄高温高压区域中通过实验获得。从金刚石到 BC8 的相变通过 BC8 在亚稳态碳液体中成核和生长进行，然后进行预熔化。我们提出了 BC8 合成的双冲击压缩路线，目前正在国家点火装置进行实验。
