Los diamantes han sido considerados durante mucho tiempo como la sustancia más dura de la naturaleza, pero este estatus podría verse pronto superado. Un equipo de investigación chino ha publicado recientemente un trabajo revolucionario en la revista Nature, en el que ha logrado sintetizar un material de carbono teóricamente un 60 % más duro que el diamante: el diamante hexagonal (HD). Este logro no solo desafía la sabiduría convencional, sino que también puede abrir nuevas fronteras para futuros materiales superduros y aplicaciones de alta tecnología.
Tabla de contenido
La diferencia entre el diamante y el diamante hexagonal: estructura cúbica frente a estructura hexagonal
Los diamantes tradicionales poseen una estructura reticular cúbica, en la que cada átomo de carbono forma enlaces covalentes sp³ estables con cuatro átomos de carbono vecinos, creando una red tetraédrica robusta. Esta disposición dota a los diamantes de una dureza excepcional y unas propiedades físicas extraordinarias.
Sin embargo, hace ya sesenta años, los científicos habían predicho otra forma de estructura de carbono, el diamante hexagonal, que presenta una disposición hexagonal en red, a diferencia del diamante cúbico. En teoría, esta estructura ofrece propiedades mecánicas superiores, pero siempre ha resultado difícil sintetizarla en estado puro.
HD natural: pruebas desde el espacio exterior
En la naturaleza, los científicos han descubierto trazas de diamante hexagonal en los lugares de impacto de meteoritos. Por ejemplo, la lonsdaleita, una forma natural de HD, se encontró en el cráter del meteorito Diablo Canyon, en Arizona. Estos minerales se forman principalmente bajo el calor y la presión extremos que se generan cuando los meteoritos colisionan con el grafito.
Sin embargo, estas muestras naturales suelen estar contaminadas con otras fases de carbono, como el grafito y el diamante cúbico, y presentan un tamaño de grano extremadamente fino y una pureza baja, lo que las hace inadecuadas para aplicaciones prácticas en la ciencia de los materiales.
Avance en la investigación: se sintetiza con éxito diamante cúbico puro en forma masiva.
Tras ocho años de repetidos experimentos, el equipo de investigación del Centro de Investigación Científica de Alta Presión de Pekín ha logrado sintetizar finalmente un cristal de HD con una pureza cercana al 100 %. Con un diámetro de 1 milímetro y un grosor de 70 micrómetros, se trata de la muestra experimental más grande y pura producida hasta la fecha.
Los investigadores utilizaron grafito monocristalino de alta calidad como materia prima, sometiéndolo a una presión excepcionalmente uniforme y a temperaturas elevadas dentro de una célula de yunque de diamante (DAC) especializada y una prensa multi-yunque para simular las condiciones de impacto de un meteorito. La verificación estructural se logró utilizando técnicas de radiación sincrotrón y microscopía electrónica. Esto marca la primera producción exitosa en laboratorio de cristales HD a gran escala y estructuralmente completos.
Los misterios estructurales a nivel molecular: enlaces intercapilares más fuertes
Mediante técnicas avanzadas como la espectroscopia Raman y la espectroscopia infrarroja, el equipo descubrió que todos los enlaces de carbono dentro de la estructura HD son enlaces σ sp³, sin ningún enlace π sp² (una característica del grafito). Cabe destacar que la longitud del enlace entre capas en la estructura HD es significativamente más corta que la de los otros tres tipos de enlaces. Esto indica fuerzas intercapas más fuertes, que son una de las principales razones de su alta dureza.
En la prueba de dureza Vickers, HD demostró una resistencia notablemente superior a la deformación plástica en comparación con el diamante convencional, lo que demuestra que sus propiedades superduras no son meramente teóricas, sino que pueden verificarse experimentalmente.
Posibles aplicaciones de la alta definición: desde herramientas de perforación hasta tecnología cuántica.
Si en el futuro se fabricaran materiales HD de mayor espesor y volumen, su potencial de aplicación sería excepcionalmente amplio. En primer lugar, podrían servir como materiales ultraduros para herramientas utilizadas en perforaciones geotérmicas, extracción de minerales a gran profundidad y componentes mecánicos de alta resistencia al desgaste.
Además, debido a su alta estabilidad mecánica y su perfecta estructura sp³, el HD también puede desempeñar un papel fundamental en tecnologías de vanguardia como los componentes de computación cuántica, los sistemas microelectromecánicos (MEMS) y los componentes electrónicos de alta frecuencia.
Esto es más que un simple diamante: un hito futuro en la ciencia y los materiales.
El nombre «diamante» deriva del griego «adámas», que significa «invencible». Hoy en día, la aparición de los diamantes hexagonales puede redefinir nuestra concepción de la «sustancia más dura». No solo representa un hito en la ciencia de los materiales, sino que también simboliza el último avance de la humanidad en el desafío a los límites de la naturaleza.
Mediante una mayor optimización de las condiciones del proceso, la mejora de la pureza del precursor y la regulación de parámetros como la presión y la temperatura, se prevé que este material de carbono, más duro que el diamante, pueda fabricarse a gran escala en el futuro. Este avance sentará unas bases más sólidas para las industrias de alta tecnología y la era cuántica.
Referencias:
- Naturaleza (2025)。 DOI：10.1038/s41586-025-09343-x
- Un 60 % más duro que el diamante: científicos sintetizan con éxito diamante hexagonal a granel
- Scientists design superdiamonds with theoretically predicted hexagonal crystal structure
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