钻石技术可以帮助解锁新的材料特性

来自安特卫普大学、芝加哥大学和拜罗伊特大学(德国)的一个研究小组利用一种比传统宝石更坚硬、更耐用的新型钻石，开发出了一种可以使固体材料承受640GPa压力的装置，这比地球中心的压力还要高。

高压会使材料表现出奇怪的行为:金属可以变成绝缘体，非金属可以变成超导，化学性质可以改变。材料科学家热衷于研究这些转变，而地球科学家和宇宙学家则利用这些技术来研究行星中心物质的行为。工程师们还可以利用高压来确定材料在极端冲击波下的表现。

这些高压通常是通过钻石砧室来实现的，在那里，非常小的样品被压在宝石级钻石的表面之间。但钻石在这方面是有限的，因为它们的晶体结构意味着它们有固有的平面，沿着这个平面它们可能会断裂。铁砧细胞的上限是320-360GPa，在地核的压力附近。

为了达到更高的压力，研究人员使用了冲击波的压力，但这有两个缺点:它们会产生高温，而且压力只能持续很短的时间。芝加哥大学高级辐射源研究中心的维塔利·普拉卡彭卡说:“在这个压力范围内进行静态实验的能力只是梦想。”

该团队设计了一种新型的钻石砧，将两个单晶钻石之间的“亚砧”结合在一起，压在样品上。这些亚砧是直径约10-20微米的纳米晶体金刚石的半球，由高温高压下形成的玻璃状碳制成。

这种玻璃碳是去年发现的，它和钻石一样坚硬，但不含晶面。拜罗伊斯大学的纳塔利娅·杜布罗夫斯卡亚说:“纳米晶金刚石球的屈服强度非常高，比单晶金刚石更不易压缩，也更不易脆。”

这种电池只能处理非常小的样品，小于一微米厚，但可以可靠地反复达到静态实验无法达到的各种压力。该团队一直在伊利诺斯州阿贡国家实验室进行x射线晶体学实验，以探测样品，并在最新一期的《科学》杂志上解释了其结果自然通讯．

“我们不会就此止步，”普拉卡彭卡说。“我们希望将可探测的压力范围提高到1兆帕，即10兆巴，以便在木星或海王星等巨大气体行星的核心条件下探测物质，这些行星的压力约为7兆巴。”