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단일 결정 다이아몬드보다 더 단단한 43개의 탄소구조
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단일 결정 다이아몬드보다 더 단단한 43개의 탄소구조
  • 박주현 기자
  • 승인 2019.10.07 00:41
  • 댓글 0
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미국 버팔로의 대학교 에바 주렉이 이끄는 연구팀
극도의 고압 실험에 사용되는 다이아몬드 모루 셀에서 다이아몬드를 더 강력하게 대체 할 수 있음을 의미
새로 예측된 43개의 초경량 탄소 구조 중 3개. 파란색 케이지들은 구조적으로 다이아몬드와 연관되어 있고, 노란색과 녹색 케이지들은 구조적으로 광물 론데일라이트와 연관되어 있다.
새로 예측된 43개의 초경량 탄소 구조 중 3개. 파란색 케이지들은 구조적으로 다이아몬드와 연관되어 있고, 노란색과 녹색 케이지들은 구조적으로 광물 론데일라이트와 연관되어 있다.[출처=밥 와일더/버팔로 대학]

다이아몬드의 형태는 알려진 가장 단단한 물질이다. 그러나 미국 버팔로의 대학교 에바 주렉이 이끄는 연구팀이 43개의 초경량 턴소 구조 중 3개가 단일 결정 다이아몬드보다 약간 더 단단할 수 있다고 이 소재에 새로운 첨단 기술을 부여했다.

케미컬월드에 따르면 주렉은 "이 구조들의 특성이 더 잘 알려지면 흥미로운 합성 목표를 제공할 수 있을 것"이라고 말했다. 가장 단단한 물질은 예를 들어 극도의 고압 실험에 사용되는 다이아몬드 모루 셀에서 다이아몬드를 더 강력하게 대체할 수 있음을 의미할 수 있다 . 나머지 40개는 다이아몬드나 붕소 탄화물보다 생산이 더 쉬운 것으로 판명되면 드릴이나 연마재와 같은 제품에 유용할 수 있다.

브릴리언트 컷 다이아몬드.
브릴리언트 컷 다이아몬드.

다이아몬드(영어: diamond)는 천연광물 중 가장 굳기가 우수하며, 광채가 뛰어난 보석으로 금강석(金剛石)이라고도 부른다. 가장 대표적인 보석 가운데 하나이다. 그러나 다이아몬드가 보석으로서 가치를 지니기 위해서는 일정 도형의 형태를 유지하고 있어야만 한다. 그렇지 않으면 공업용 다이아몬드로서 사용된다.

다이아몬드 결정구조 하나의 단위정
다이아몬드 결정구조 하나의 단위정

주성분은 탄소이며 분자구조상의 차이로 인해 동일한 원자로 구성된 자연 산물인 흑연과는 매우 다른 특성을 가진다.

뛰어난 경도로 인해 공업용으로도 많이 쓰이나, 대부분의 공업용 다이아몬드는 인간이 만든 인조 다이아몬드를 쓴다. 
[출처=위키피디아]

주렉에게 가장 중요한 발견은 그룹의 새로운 진화 알고리즘 방법이 이러한 새로운 잠재적 구조를 성공적으로 식별한다는 것이다. 그녀의 연구팀은 이전에 XtalOpt 알고리즘을 사용하여 기존 구조에서 새로운 구조를 '제공'하고 '돌연변이'하여 안정적인 구조를 식별했다. 번식 방법은 무작위로 선택된 평면을 따라 서로 다른 두 재료의 기본 단위 셀 요소를 절단한다. 그런 다음 두 개의 반쪽 셀을 조정하여 새로운 구조를 만든다. 돌연변이에는 기존의 개별 단위 셀의 모양을 변경하는 것이 포함됩니다.

이전에는 초경량 물질을 예측하기 위해 현미경 모델을 사용했다고 주렉은 설명한다. 그녀는 미국 듀크 대학의 스테판 커타롤로 팀과 함께 아프로우라는 데이터베이스로 작업하면서 그 지역에 불려갔다. 이 데이터베이스는 거의 3백만 개의 재료 구조를 포함하고 있는데, 연구자들은 이전에 기존 결정의 특성을 예측하기 위한 기계 학습 모델을 개발하는데 사용했었다고 한다.  "우리는 이 기계 학습 모델의 정보를 사용할 수 있을 것으로 생각했다. 그렇다면, 가장 안정된 구조만을 찾는 대신, 특정 성질을 가진 구조물을 예측할 수 있었다."고 말했다. 

미국 로렌스 리버모어 국립 연구소의 카나니 리는 이 연구를 '흥미로운'것으로 부릅니다. 그녀는 “많은 새로운 형태의 탄소가 초 경질이라고 예측한 것을 보고 놀랍지 않다”고 말했다. "이것은 이미 존재하는 알파벳 수프와 잠재적으로 초 경질이 될 수있는 많은 수의 탄소 단계를 가져온다." 그러나 그녀는 새로운 물질의 형성이 느릴 수 있기 때문에 예측 단계를 형성하려는 노력이 제한 될 수 있다고 경고했다.

주렉은 그녀의 팀이 이제 실험 그룹에게 종합 목표를 주기 시작했다고 밝혔다. "우리는 실제 출발 물질로부터 잠재적 합성 경로를 계산할 것을 제안한다."라고 말했다.


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