Professor Andy Tomkins (til venstre) fra Monash University med RMIT University PhD-stipendiat Alan Salek og en ureilitmeteorprøve. Kreditt: RMIT University
Merkelige diamanter fra en eldgammel dvergplanet i vårt solsystem kan ha dannet seg kort tid etter at dvergplaneten kolliderte med en stor asteroide for rundt 4,5 milliarder år siden.
Et team av forskere sier at de har bekreftet eksistensen av lonsdaleitt, en sjelden sekskantet form for diamant, i ureilitmeteoritter fra mantelen til en dvergplanet.
Lonsdaleite er oppkalt etter den berømte britiske banebrytende kvinnelige krystallografen Dame Kathleen Lonsdale, som var den første kvinnen som ble valgt som stipendiat i Royal Society.
Forskerteamet – med forskere fra Monash universitet, RMIT universitet, CSIROden australske synkrotronen, og Plymouth University – funnet bevis på hvordan lonsdaleitt ble dannet i ureilitmeteoritter. De publiserte funnene sine 12. september i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Geolog professor Andy Tomkins fra Monash University ledet studien.
Lonsdaleite, også kjent som sekskantet diamant i referanse til krystallstrukturen, er en allotrop av karbon med et sekskantet gitter, i motsetning til det kubiske gitteret til konvensjonell diamant. Den ble navngitt til ære for Kathleen Lonsdale, en krystallograf.
RMIT-professor Dougal McCulloch, en av seniorforskerne involvert, sa at teamet forutså at den sekskantede strukturen til lonsdaleites atomer gjorde det potensielt vanskeligere enn vanlige diamanter, som hadde en kubisk struktur.
“Denne studien beviser kategorisk at lonsdaleitt finnes i naturen,” sa McCulloch, direktør for RMIT Microscopy and Microanalysis Facility.
“Vi har også oppdaget de største lonsdaleite-krystallene som er kjent til dags dato som er opptil en mikron i størrelse – mye, mye tynnere enn et menneskehår.”
Ifølge forskerteamet kan den uvanlige strukturen til lonsdaleite bidra til å informere om nye produksjonsteknikker for ultraharde materialer i gruveapplikasjoner.
Hva er opprinnelsen til disse mystiske diamantene?
McCulloch og hans RMIT-team, PhD-stipendiat Alan Salek og Dr. Matthew Field, brukte avanserte elektronmikroskopiteknikker for å fange faste og intakte skiver fra meteorittene for å lage øyeblikksbilder av hvordan lonsdaleitt og vanlige diamanter ble dannet.
“Det er sterke bevis på at det er en nyoppdaget dannelsesprosess for lonsdaleitten og vanlig diamant, som er som en superkritisk kjemisk dampavsetningsprosess som har funnet sted i disse rombergartene, sannsynligvis på dvergplaneten kort tid etter en katastrofal kollisjon,” sa McCulloch. .
“Kjemisk dampavsetning er en av måtene folk lager diamanter på i laboratoriet, hovedsakelig ved å dyrke dem i et spesialisert kammer.”
Professor Dougal McCulloch (til venstre) og PhD-stipendiat Alan Salek fra RMIT med professor Andy Tomkins fra Monash University (til høyre) ved RMIT Microscopy and Microanalysis Facility. Kreditt: RMIT University
Tomkins sa at gruppen foreslo at lonsdaleitt i meteorittene ble dannet av en superkritisk væske ved høy temperatur og moderat trykk, og nesten perfekt bevarte formen og teksturene til den eksisterende grafitten.
“Senere ble lonsdaleite delvis erstattet av diamant ettersom miljøet ble avkjølt og trykket sank,” sa Tomkins, en ARC Future Fellow ved Monash Universitys School of Earth, Atmosphere and Environment.
«Naturen har dermed gitt oss en prosess for å prøve å kopiere i industrien. Vi tror at lonsdaleite kan brukes til å lage bittesmå, ultraharde maskindeler hvis vi kan utvikle en industriell prosess som fremmer erstatning av forhåndsformede grafittdeler med lonsdaleite.»
Tomkins sa at studiefunnene hjalp til med å adressere et langvarig mysterium angående dannelsen av karbonfasene i ureiliter.
Kraften til samarbeid
CSIROs Dr. Nick Wilson sa at samarbeidet mellom teknologi og ekspertise fra de ulike institusjonene som var involvert gjorde at teamet kunne bekrefte lonsdaleiten med selvtillit.
Ved CSIRO ble en elektronsondemikroanalysator brukt for raskt å kartlegge den relative fordelingen av grafitt, diamant og lonsdaleitt i prøvene.
“Individuelt gir hver av disse teknikkene oss en god idé om hva dette materialet er, men samlet sett er det virkelig gullstandarden,” sa han.
Referanse: “Sekvensiell lonsdaleitt til diamantformasjon i ureilittmeteoritter via På stedet Chemical Fluid/Vapor Deposition» av Andrew G. Tomkins, Nicholas C. Wilson, Colin MacRae, Alan Salek, Matthew R. Field, Helen EA Brand, Andrew D. Langendam, Natasha R. Stephen, Aaron Torpy, Zsanett Pintér, Lauren A . Jennings og Dougal G. McCulloch, 12. september 2022, Proceedings of the National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2208814119