超硬材料网

       你知道宇宙中，有的星球正在下钻石雨吗？

       “钻石恒久远，一颗永流传“，这是一个耳熟能详的广告语，在地球上，钻石因为十分稀少，而显得弥足珍贵，而在宇宙中，钻石却如同砂石一般常见。

       早前，科学家发现太阳系中有4个星球会下钻石雨，分别是土星、木星、海王星和天王星。这些星球富含甲烷，海王星和天王星等冰态巨行星内部的温度非常高，可达几千摄氏度，压力是地球大气层的数百万倍，大气运动中，闪电击穿甲烷，将其转变为煤灰形态的碳，随着碳的下降，气压增加，碳固化成了石墨，石墨继续下降，气压也不断加大，最终在高温高压作用下，石墨转化为钻石，这便形成了钻石雨。

       9月2日，在Science Advances上发表的名为《Diamond formation kinetics in shock-compressed C─H─O samples recorded by small-angle x-ray scattering and x-ray diffraction》的文章中，模拟了在冰巨星海王星和天王星深处发现的极端温度和压力，并首次观察到钻石雨的形成过程。

       他们对聚苯乙烯进行激光冲击实验，与 X 射线技术相结合，首次在实验室证实了在行星相关状态下压缩碳氢化合物中形成钻石。该团队由HZDR（德国德累斯顿-罗森多夫赫尔姆霍兹中心）和德国罗斯托克大学以及法国的联邦理工学院与 SLAC 共同组成。

       在最近的实验中，研究人员使用PET塑料，来更准确地再现这些行星的组成。用强大的激光照射到一张PET薄片上，瞬间加热到6000摄氏度，并产生大气压100万倍的冲击波，在瞬间将物质压缩，产生纳米钻石。  

       研究团队在MEC（物质极端条件）仪器上使用直线性连续加速器光源(LCLS) ，在PET中产生冲击波。然后，他们用LCLS的X射线脉冲探测了塑料中发生的情况。使用XRD（X射线衍射），观察材料的原子重新排列成小的钻石区域。同时使用了另一种称为小角度散射的方法，以测量这些区域增长的速度和大小。他们发现，由于材料中存在氧气，纳米金刚石能够在比之前观察到的更低的压力和温度下生长。

       HZDR 物理学家、罗斯托克大学教授 Dominik Kraus 说“氧气的作用是加速碳和氢的分裂，从而促进纳米金刚石的形成，这意味着碳原子可以更容易地结合并形成钻石。PET 在碳、氢和氧之间具有良好的平衡，可以模拟冰行星的活动。”

       研究人员预测，海王星和天王星上的钻石将比这些实验中生产的纳米钻石大得多——重量可能达到数百万克拉。

       实验不仅提供了一种更清洁、更容易控制的方法来生产金刚石，为钻石产业开发了前景；这些发现也可能影响我们对遥远星系中行星的理解，因为科学家们现在认为冰巨星是我们太阳系外最常见的行星形式。