Siêu máy tính Frontier tìm ra công thức tạo ra siêu kim cương

Siêu máy tính Frontier tìm ra công thức tạo ra siêu kim cương (Ảnh: New Atlas)

Theo New Atlas, các nhà khoa học đã dự đoán rằng BC8, một loại "siêu kim cương" với cấu trúc 8 nguyên tử carbon trên 4 nguyên tử, có thể tồn tại trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cực cao ở lõi của các hành tinh lớn gấp đôi Trái Đất.

Tuy nhiên, việc tái tạo điều kiện khắc nghiệt này trong phòng thí nghiệm là một thách thức lớn. Để tạo ra BC8, cần đạt đến áp suất gấp 10 triệu lần áp suất khí quyển Trái Đất và nhiệt độ gần bằng bề mặt Mặt Trời.

Frontier, siêu máy tính nhanh nhất thế giới tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge, Mỹ, đã giúp các nhà khoa học giải mã bí mật của BC8.

Với khả năng chạy hàng triệu mô hình nguyên tử dưới hàng triệu điều kiện khác nhau, Frontier đã xác định chính xác những gì cần thiết để hình thành BC8.

Giáo sư Ivan Oleynik, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: "Đây là thách thức lớn nhất của vật lý áp suất cao. Đây là 'viên đá triết gia' của chúng tôi, giống như các nhà giả kim thời Trung Cổ tin rằng có thể biến chì thành vàng. Nhưng các nhà giả kim không có Frontier."

Sau 24 giờ chạy phần mềm LAMMPS trên 8.000 node của Frontier (node là một máy tính lẻ hoặc một server), nhóm nghiên cứu đã có một phát hiện đáng kinh ngạc. Họ nhận thấy rằng kim cương truyền thống cần phải được nung chảy trước khi carbon lỏng có thể tái sắp xếp thành cấu trúc siêu cứng của BC8.

"Đây là một khám phá mới vì trong hầu hết các trường hợp, vật liệu chuyển đổi từ pha tinh thể này sang pha tinh thể khác bằng cách sắp xếp lại cấu trúc nguyên tử," giáo sư Oleynik nói.

"Nhưng liên kết carbon trong kim cương rất mạnh, chúng ta phải nung chảy kim cương để biến nó thành pha tinh thể BC8 mới. Điều này đòi hỏi áp suất và nhiệt độ cực lớn hơn nữa - 12 triệu lần áp suất khí quyển Trái Đất và 5.000 K, gần bằng nhiệt độ bề mặt Mặt Trời."

Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các điều kiện này có thể được tạo ra thông qua một loạt sóng xung kích, và cung cấp cho nhóm nghiên cứu mức độ chính xác của các sóng này để đạt được nhiệt độ và áp suất cần thiết để hình thành BC8.

Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang bắt đầu thử nghiệm những kiến thức này bằng cách cố gắng tổng hợp BC8 tại cơ sở National Ignition của Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore. Đây là một cơ sở nhiệt hạch hạt nhân cỡ sân vận động, sử dụng 192 tia laser mạnh mẽ để tạo ra nhiệt độ trên 100 triệu độ C và áp suất hơn 100 tỷ lần áp suất khí quyển Trái Đất.

"Nhờ Frontier, chúng tôi có cơ hội thành công lớn," ông Oleynik kết luận. "Đây vẫn là một thách thức cực độ không có gì đảm bảo, nhưng chúng tôi rất tin tưởng vào những kết quả này."