“Kim cương ngũ giác” - Cuộc tìm kiếm hình thù mới

1.181

Cái gì có thể nhẹ hơn kim cương, nhưng lại cứng gần bằng và có tính dẫn điện? Penta Diamond (kim cương ngũ giác) - tinh thể được cấu tạo từ các khối ngũ giác hình thành từ nguyên tử carbon.

Những kim cương ngũ giác này chưa tồn tại trong thực tế; chúng chỉ mới được tạo ra từ các mô phỏng máy tính. Nhưng nếu có thể tạo ra kim cương ngũ giác, chúng sẽ mang một số thuộc tính hữu ích.

Mô hình cấu tạo của kim cương ngũ giác.

Carbon là một trong những nguyên tố linh hoạt nhất trong bảng tuần hoàn. Mỗi nguyên tử carbon có thể liên kết với tối đa bốn nguyên tử khác, đồng thời nó có thể tạo thành các tổ hợp phức tạp với các tính chất khác nhau, chẳng hạn như kim cương siêu cứng, graphene bán dẫn và ống nano carbon. Các kết cấu mới, hay còn gọi là "thù hình" (Allotrope) của carbon vẫn đang liên tục được phát hiện. Hiện có tới khoảng 1.000 loại thù hình khác nhau đã được biết đến.

Cuộc tìm kiếm các thù hình mới cũng giống như "chơi với các khối LEGO để tạo ra các vật liệu có hình dạng và cấu trúc hấp dẫn", Susumu Okada, nhà vật lý vật chất đặc tại Đại học Tsukuba (Nhật Bản) trao đổi với Live Science. Sử dụng mô hình máy tính tiên tiến nhất, Okada và các đồng nghiệp đã quyết định kết hợp hai phân tử - được gọi là spiro (4.4) nona-2.7-diene và (5.5.5.5) fenestratetraene - mỗi phân tử chứa một vòng hình ngũ giác các nguyên tử carbon, để xem liệu chúng có thể tạo ra một vật liệu có các tính chất hữu ích hay không.

Các mô phỏng đã tạo ra một cấu trúc carbon mới trông hơi giống một quả bóng đá với một vài quả bóng đá nhỏ hơn dính xung quanh nó. Mô hình máy tính đã chỉ ra rằng hình ngũ giác này, nếu được tổng hợp trong đời thực, sẽ mang đến một số tính chất thú vị. Cùng với độ cứng khoảng 80% so với kim cương, một trong những chất cứng nhất từng được biết đến, kim cương ngũ giác sẽ hơi rỗng và có thể dẫn điện như chất bán dẫn được sử dụng trong các thiết bị điện tử. Kim cương ngũ giác cũng có khả năng kỳ lạ cho phép nó mở rộng đồng đều theo mọi hướng khi được kéo dãn, giống như khối cầu Hoberman, một dạng đồ chơi trẻ em phổ biến.

Nếu cầm kim cương ngũ giác trong tay, bạn sẽ cảm thấy nó nhẹ hơn một viên kim cương có kích thước tương tự, mặc dù nó sẽ không trong suốt mà thay vào đó sẽ hơi xám xịt như than chì, Purusottam Jena, nhà vật lý tại Đại học Virginia Commonwealth ở Richmond cho biết. Vì có các lỗ rỗng, kim cương ngũ giác có thể hữu ích cho việc lưu trữ khí gas. Độ nhẹ và độ cứng của nó có thể trở nên hữu ích cho việc chế tạo thân xe đua, ông nói thêm.

Purusottam Jena, người không tham gia vào nghiên cứu của Susumu Okada nhưng đã từng phát hiện ra các thù hình carbon khác cho biết vật liệu này có khả năng sẽ khá thú vị. "Tuy nhiên, nó cần phải được tổng hợp bằng thực nghiệm đã", ông nói thêm, và trước khi đến lúc đó thì tất cả những thứ trên vẫn còn là giả thuyết. Đôi khi các vật liệu trong đời thực sẽ hoạt động khác so với mô phỏng.

Trong khi đó, Okada cho rằng các nhà hóa học sẽ có thể tạo ra kim cương ngũ giác trong tương lai gần. Và cho đến lúc đó, ông sẽ tiếp tục chơi với "các khối nguyên tử carbon LEGO".

Cập nhật: 14/07/2020 Theo GD&TĐ