Супералмаз BC8 – это самый твёрдый известный науке материал, который потенциально может существовать в ядрах гигантских экзопланет. Учёные использовали вычислительную мощность суперкомпьютера Frontier, чтобы разгадать тайну условий формирования таких алмазов и, возможно, приблизиться к разработке методик, способных производить их на Земле.

Алмазы – это не только блистательный комплимент для ювелирных украшений, но также чрезвычайно важный материал, задействованный в широком спектре отраслей, начиная от производства абразивных изделий или квантовых компьютеров и заканчивая часовой и ядерной промышленностью. Своё применение в разных областях алмаз нашёл благодаря исключительной твёрдости, а также термо- и радиационной стойкости, и можно только представить, какие ещё возможности откроются перед человечеством, если учёным удастся обнаружить материал, превосходящий его по этим параметрам. К слову, именно этим они и занимаются уже много лет. Компьютерное моделирование позволило предсказать существование материала с более высокой плотностью расположения атомов в углеродной решётке: по 8 атомов на каждые 4 атома в природных алмазах. Согласно расчётам исследователей, такой алмаз, названный супералмазом BC8, может формироваться при экстремальных температуре и давлении, которые встречаются лишь в ядрах планет, вдвое больших, чем Земля.

 Создать супералмаз BC8 в лабораторных условиях может быть вполне реально, однако для этого учёным потребуется воспроизвести внеземные условия. Их достижение в лаборатории – чрезвычайно трудоёмкая и ресурсоёмкая задача, потому было бы нецелесообразно проводить множественные материальные эксперименты для определения идеальных показателей температуры и давления. Перенести эти эксперименты в область вычисления и моделирования мог бы суперкомпьютер Frontier из Ок-Риджской национальной лаборатории. Команда исследователей из Университета Южной Флориды получила доступ к его вычислительным мощностям, чтобы с максимальной точностью рассчитать условия, необходимые для создания супералмаза BC8.

BC8 – это философский камень современной физики высоких давлений. Другие компьютеры и даже суперкомпьютеры попросту пали ниц перед объёмами вычислений, производимых ПО LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator software module), разработанным учёными для симуляции манипуляций с миллиардами атомов. К счастью, в отличие от средневековых алхимиков, современные учёные имеют доступ к Frontier. Исследователи запустили LAMMPS на 8000 из его 9400 вычислительных узлов и спустя примерно 24 часа получили «рецепт» супералмаза. Они обнаружили, что недостающим компонентом их предположений был новый и весьма неожиданный этап – плавление алмаза. Чтобы получить BC8, учёным придётся расплавить обычные алмазы, чтобы сформировать жидкий углерод в правильную кристаллическую решётку. Для этого давление в камере должно в 12 миллионов раз превышать атмосферное давление Земли, а температура должна достигать 5000 K, что сопоставимо с температурой на поверхности Солнца. Моделирование также показало, что достичь таких показателей температуры и давление возможно при помощи серии ударных волн.

Исследователи уже приступили к попыткам синтезировать супералмаз в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций США при Ливерморской национальной лаборатории. Основным рабочим инструментом учёных выступает гигантская установка ядерного синтеза, которая использует 192 мощнейших лазера для получения температуры около 100 млн °C и давления, в 100 млрд раз превышающего давление земной атмосферы. Это экстремальная задача, и никто не может гарантировать её успех, однако физики считают, что благодаря Frontier их шансы на благоприятный исход довольно высоки.