X射线激光可以将金刚石转化为石墨: 研究

科学家首次使用x射线激光的超短闪光将钻石变成石墨。研究人员说，这是了解固体吸收高能辐射时的基本行为的决定性一步。包括美国SLAC国家加速器实验室的Franz Tavella在内的研究人员首次能够以时间分辨的方式跟踪石墨化。

“除了这些基本方面，了解石墨化过程对于基于钻石的技术也很重要，因为钻石越来越多地用于实际应用，” 该研究的第一作者塔维拉说。金刚石和石墨是不同形式的碳，其内部晶体结构不同。钻石是在地球深处形成的高压相。

在正常条件下，金刚石是亚稳态的，这意味着当该过程以足够的能量启动时，它会转换回石墨。研究人员说，有不同的方法可以触发金刚石向石墨的转化，例如，在排除氧气的情况下甚至在机械冲程的情况下简单地加热金刚石。他们说，借助热和高压，石墨可以转化为已经在全球范围内拥有相当市场的合成钻石。

该小组使用意大利软x射线自由电子激光费米在厚度仅为0.3毫米的微小钻石切片上拍摄超短闪光。“通常，如果你在固体物质上发射如此强烈的激光脉冲，它就会变得无序或无定形。钻石是一个不同的例子，“研究人员说。它可以将其内部结构转换为不同的顺序，从而变成石墨。

“原则上，众所周知，如果你向钻石发送足够的能量，它应该会石墨化。但目前还不清楚这是如何发生的，”德国国家研究中心dey的Sven Toleikis说。有两种可能的路径: 常见的所谓热转变，在此过程中，吸收的能量被转移到金刚石的内部晶格中，直到其将自身重新组织成石墨结构。

研究人员说，另一种是非热模式，钻石中只有一小部分电子吸收的能量会改变内部势能面，从而触发晶格的重新排列。Dey的Beata Ziaja说: “非热转变比热快得多，后者发生在皮秒的时间尺度上。”皮秒是万亿分之一秒。