Алмаз превратили в графит лазером
Алмаз и графит состоят из одних и тех же атомов; и то, и другое — чистый углерод. Разницу в химических свойствах задает только разница в том, как эти атомы выстраиваются относительно друг друга.
Расстановку атомов, а вместе с ней и свойства митериала, пожно поменять при больших температурах и давлении. Сжимая графит, из него получают искусственный алмаз, и наоборот: очень сильно разогрев блестящий и твердый алмаз, можно получить из него черный мягкий графит, такой, как в карандаше.
Физики из международной коллаборации нашли способ обойтись без огромной температуры: они превратили алмаз в графит рентгеновским излучением. Описание их эксперимента опубликовано в журнале High Energy Density Physics.
Механика превращения такая: лазер испускает кванты электромагнитного излучения — фотоны. Электроны углерода в алмазе поглощают фотоны и перенимают их энергию; при этом электроны переходят в возбужденное состояние. Возбуждения электронов недостаточно, для того чтобы они покинули материал, но вполне хватает на то, чтобы атомы перестроились. Длится все это очень недолго — в течение нескольких пикосекунд (10-12 с), а иногда и меньше. Для того, чтобы алмаз стал графитом, не нужно возбуждать все электроны вещества: достаточно 1,5%.
О том, что перестройка структуры возможна без передачи тепла, долгадались еще в конце 70-х, а теперь физикам удалось экспериментально подтвердить это передположение. Ученые использовали рентгеновский лазер FERMI на свободных электронах в Триесте, Италия. Между импульсами рентгеновского лазера образец алмаза просвечивали обычным оптическим лазером, измеряя, как изменяется прозрачность материала по мере фазового перехода. Алмаз стал непрозрачным — а значит, превратился в графит — уже через несколько фемтосекунд (10−15 с) после начала эксперимента. Температурное преобразование занимает как минимум в 10 раз больше времени.