在电影中,劫匪常常把钻石称为“冰”,但事实上这两种物质几乎没有共同点。从内部原子排列方式到形成条件——钻石需要地下深处的高温高压,而冰只需要低温——很难找到两种物质在外表相似的同时又存在如此巨大的差异。 因此,当你得知钻石——地球上已知最坚硬的天然矿物——居然会熔化时,可能会感到意外。但据美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)物理学家Marius Millot领导的团队研究,钻石熔化时也表现得极为奇特:在熔化之前,它会一直保持熟悉的金刚石晶体结构,直到碳原子突然陷入无序状态。 “我们认为这是因为样品在经历单次冲击时没有时间改变结构。”米洛解释说,“它被‘困’在了钻石结构中。” 熔化钻石绝非易事,但多年来已有多次实验成功。2007年,一个科学家团队报告称,他们用激光产生冲击波,在750吉帕(GPa)压力下熔化了钻石。这个压力是地球内核压力(约360 GPa)的两倍多,相当于海平面大气压的740万倍。 随后的实验发表在2009年的一篇论文中,由LLNL物理学家Jon Eggert主导,直接测量了钻石的熔化温度。然而,随着理论计算的发展,问题出现了:实验测得的熔化温度与量子力学预测值相差约20%。米洛说:“无论理论学家怎么尝试——即使使用最先进的计算机模拟技术——他们都无法重现实验结果。” 与此同时,另一个问题仍悬而未决。理论预测,在约太帕(TPa)级别压力下,钻石高度规整的原子晶格应在完全熔化前暂时转变为一种名为BC8的碳结构,但这一转变过程至今仍是一个谜。研究团队表示,他们将继续探索钻石在极端条件下的奇特行为。
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