Лонсдейлитовая кромка. Перспективы искусственного расширения шкалы Мооса. Guest Post

Значимый прорыв формирует отрасль ИИ: OlegSivchenko 54 минуты назад Лонсдейлитовая кромка. Перспективы искусственного расширения шкалы Мооса. 6K Научно-популярное Химия Физика Будущее здесь Привет, Хабр!

С наступлением лета пришло время для очередного гостевого поста в моём хаброблоге. Рассмотрим одну из интересных тем, за которую я не брался годами, при этом очень важную и интересную с точки зрения расширения горизонтов науки. Речь под катом пойдёт о некоторых условно успешных попытках получить вещества прочнее алмаза, то есть расширить всем известную шкалу твёрдости минералов, предложенную в XIX веке немецким учёным Фридрихом Моосом.

Технические детали

Автор исследования — уважаемая Владислава Шраменко @Kotyara99, магистрантка химического факультета Кубанского государственного университета и админ восхитительного мемного паблика «Коты и химия» в сети ВК. Залетаем под кат, там hard science и крутые иллюстрации. Сегодня мы поговорим о самой «твёрдой» теме в материаловедении и выясним, можно ли превзойти алмаз по твёрдости, расширив легендарную шкалу Мооса за отметку 10.

Алмаз остаётся эталоном прочности уже более двухсот лет, но в 2024 году вышла ключевая работа, которая показывает, что BC8-фаза углерода теоретически на 30 % устойчивее к сжатию, чем обычный алмаз, а лонсдейлит в некоторых направлениях может быть на 50 % твёрже. Это не фантастика и не очередной миф в стиле «графен спасёт мир», а результат молекулярно-динамических симуляций на суперкомпьютерах с участием миллионов атомов, применения квантово-точных потенциалов и алгоритмов машинного обучения, которые перебирают тысячи B-C-N-соединений за считанные часы. Давайте разберём всё по полочкам, простым языком, но с научной точностью, ведь тема действительно того стоит.

История подбора эталонов твёрдости начинается в 1812 году, когда немецкий минералог Фридрих Моос (1773-1829) выпустил книгу «Основания минералогии» и предложил качественную 10-балльную шкалу царапания. В эту шкалу вошли минералы от самого мягкого к самому твёрдому: тальк (который легко царапается ногтём), гипс, кальцит, флюорит, апатит, ортоклаз (полевой шпат), кварц, топаз, корунд (рубин или сапфир) и, на самой вершине, алмаз. Фридрих Моос выбрал самые распространённые в природе минералы, получить образцы которых не составляет труда, и которые позволяют выстроить чёткую иерархию царапания.

Отраслевые последствия

Хотя сам метод был известен ещё с античности, именно Моос его формализовал. Однако у этой шкалы есть важные ограничения. Во-первых, она качественная, а не количественная: разница между ступенями 9 и 10 огромна, так как корунд царапает всё, кроме алмаза, а сам алмаз режет корунд «как масло».

Во-вторых, шкала нелинейная, ведь по абсолютным измерениям алмаз в 4–5 раз твёрже корунда. Кроме того, существует проблема анизотропии, из-за которой кристаллы царапаются по-разному в различных направлениях. Наконец, шкала Мооса не учитывает хрупкость, износ и влияние температуры.

Событие, по словам экспертов, усилит конкуренцию в сфере ИИ.