Các nhà khoa học Trung Quốc tổng hợp thành công kim cương lục giác tinh khiết (lonsdaleite), khẳng định độ cứng vượt trội so với kim cương lập phương

Một nhóm các nhà nghiên cứu Trung Quốc, dưới sự dẫn dắt của nhà vật lý Chunxing Shan từ Đại học Trịnh Châu, vừa công bố việc tổng hợp thành công các mẫu kim cương lục giác (lonsdaleite) ở dạng khối với độ tinh khiết cao. Công trình nghiên cứu chi tiết về thành tựu này được công bố vào tháng 3 năm 2026, đánh dấu kết quả của nhiều năm nỗ lực tìm hiểu về bản chất thực sự của dạng thù hình carbon đặc biệt này. Đây được xem là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực vật lý chất rắn và khoa học vật liệu hiện đại, mở ra chương mới cho các nghiên cứu về vật liệu siêu cứng.

Để tạo ra được các mẫu kim cương lục giác (GD) tinh khiết với kích thước milimet, các nhà khoa học đã tiến hành xử lý than chì có độ trật tự cao trong những điều kiện môi trường cực đoan suốt 10 giờ đồng hồ. Quy trình này đòi hỏi áp suất lên tới 20 gigapascal, tương đương với khoảng 200.000 lần áp suất khí quyển Trái đất, cùng nhiệt độ duy trì trong khoảng từ 1300 đến 1900 độ C. Một phát hiện thú vị là khi tiếp tục gia tăng nhiệt độ và áp suất vượt ngưỡng này, cấu trúc GD sẽ bị biến đổi không thể đảo ngược trở lại thành kim cương lập phương, cung cấp những dữ liệu thực nghiệm quý giá về quá trình chuyển pha của các nguyên tử carbon.

Các dữ liệu thực nghiệm then chốt đã xác nhận sự vượt trội về tính chất vật lý của vật liệu mới: độ cứng Vickers đo được của lonsdaleite tổng hợp đạt mức xấp xỉ 114 GPa, vượt qua chỉ số của kim cương lập phương tự nhiên vốn ở mức khoảng 110 GPa. Kết quả này hoàn toàn tương thích với các mô hình tính toán trước đó, vốn dự đoán rằng cấu trúc lục giác có thể cứng hơn tới 58% so với kim cương lập phương (CD). Sự hợp tác nghiên cứu giữa các chuyên gia từ Đại học Cát Lâm và Đại học Tôn Trung Sơn đã giúp giải quyết triệt để cuộc tranh luận khoa học kéo dài về việc liệu lonsdaleite là một khoáng vật độc lập hay chỉ là một dạng cấu trúc lỗi của kim cương lập phương.

Về mặt lịch sử, lonsdaleite được đặt theo tên của nhà tinh thể học Kathleen Lonsdale và lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1967 trong các mảnh thiên thạch như "Canyon Diablo". Tuy nhiên, độ tinh khiết của các mẫu vật tự nhiên luôn bị nghi ngờ do sự hiện diện của các tạp chất kim cương lập phương và than chì. Về cấu trúc, lonsdaleite sở hữu mạng tinh thể lục giác (kiểu 2H với trình tự lớp ABAB), khác biệt với mạng lập phương ba lớp của kim cương thông thường (kiểu 3C). Trong khi các nghiên cứu trước đây chỉ tạo ra được các lớp lonsdaleite mỏng vài chục angstrom ở áp suất thấp hơn (7–13 GPa), đội ngũ của Chunxing Shan đã đạt được kích thước milimet, một yếu tố then chốt để thực hiện các phép đo vật lý chính xác.

Thành tựu khoa học này mang lại những hệ quả công nghệ trực tiếp và đầy hứa hẹn trong tương lai gần. Với độ cứng đã được xác nhận cùng khả năng chống oxy hóa được cải thiện, lonsdaleite đang mở ra con đường cho các ứng dụng thực tiễn như chế tạo lớp phủ mài mòn siêu bền, các công cụ cắt gọt và khoan công nghiệp hiệu suất cao, cũng như các hệ thống tản nhiệt tiên tiến cho thiết bị điện tử công suất lớn. Các bước tiếp theo của nhóm nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa và mở rộng quy mô sản xuất nhằm đảm bảo khả năng cung ứng vật liệu siêu cứng này cho các ngành công nghiệp nặng và công nghệ cao trên toàn thế giới.