Mijn broertje heeft afgelopen jaar zijn vriendin ten huwelijk gevraagd. Niet met een standaard ring, maar eentje met een ‘lab grown diamond’. Een synthetische diamant is een diamant die op kunstmatige wijze gemaakt is. Ik kon hem niet van echt onderscheiden. 

Diamanten zijn niet alleen schitterend in sieraden, maar ook cruciaal in diverse toepassingen. Als het hardste materiaal ter wereld, maken hun unieke eigenschappen ze onmisbaar in alles, van het boren van geavanceerde geothermische putten tot het dienen als halfgeleiders in nucleaire batterijen.

Stel je eens voor welke mogelijkheden er zouden ontstaan als we een materiaal zouden kunnen maken dat nog sterker is dan diamanten. Wetenschappers hebben al jaren voorspeld dat BC8, een superdiamant met acht koolstofatomen voor elke vier in een gewone diamant, kan ontstaan onder de extreme omstandigheden in planeten die groter zijn dan de aarde.

BC8-superdiamanten zijn harder dan elk bekend materiaal, maar ze bestaan waarschijnlijk alleen in de kernen van gigantische exoplaneten. Onlangs heeft de Frontier-supercomputer het geheim van hun vorming gevonden, wat zou kunnen leiden tot hun productie op aarde.

Het creëren van BC8 in een laboratorium is echter extreem uitdagend. Het vereist omstandigheden van 10 miljoen keer de druk van de aardatmosfeer en temperaturen die dicht bij die van het oppervlak van de zon liggen. Fysieke experimenten zijn onpraktisch vanwege deze extreme omstandigheden.

Hier komt de Frontier-supercomputer van Oak Ridge Lab in beeld. Met de mogelijkheid om miljoenen atomische modelsimulaties uit te voeren, hielp Frontier om de code van BC8 te kraken. Met behulp van Frontier voedden ze een enorme hoeveelheid data in een softwaremodule genaamd LAMMPS, die de complexe berekeningen aankon. Andere computers konden deze taak niet aan.

Het team ontdekte dat het omzetten van koolstof in BC8 vereist dat traditionele diamanten eerst smelten. De vloeibare koolstof herschikt zich vervolgens in de structuur van BC8 onder nog extremere omstandigheden – 12 miljoen keer de druk van de aardatmosfeer en 5000 K, bijna gelijk aan de temperatuur van het oppervlak van de zon.

Deze omstandigheden kunnen worden gecreëerd met een reeks schokgolven, die de exacte niveaus leveren die nodig zijn om BC8 te vormen. Het team test deze kennis nu, waar 192 krachtige lasers worden gebruikt om de vereiste temperaturen en drukken te bereiken.

“Het blijft een extreme uitdaging zonder garanties, maar we hebben groot vertrouwen in deze resultaten”, aldus een van de wetenschappers. Een filmpje om verder te kijken kan je hier vinden.