加州大學聖地亞哥分校的科學家進行了一項研究，揭示了在核聚變實驗中使用的鑽石膠囊如何在高壓環境下產生結構缺陷。這項研究的發現能夠幫助改進膠囊的設計和模型，從而實現更均勻的內爆，最大化聚變實驗的能量輸出。研究人員在新聞稿中表示，這些發現對於像洛斯阿拉莫斯國家實驗室的國家點火設施（NIF）等研究機構的工作具有重要意義，該設施研究慣性約束聚變作為潛在的能源來源。
在這些實驗中，強大的激光壓縮含有氘和氚燃料的鑽石膠囊。目標是創造出一個對稱的內爆，將燃料置於核聚變所需的高壓和高溫條件下。新聞稿中指出，通過使用高功率脈衝激光模擬這些極端條件，研究人員發現鑽石可以形成一系列缺陷，這些缺陷從微妙的晶體畸變到狹窄的完全無序區域，或稱為非晶化。這些缺陷可能會破壞內爆的對稱性，從而降低能量產量，甚至阻止點火的發生。
研究詳細描述了鑽石內部在極短時間內發生的物理過程。激光驅動的壓縮產生的衝擊波會在約一納秒內在材料中產生高壓和相關的高剪切應力。研究補充指出，鑽石作為一種固有脆性的材料，在常壓下缺乏位錯活動。這種在室溫下的脆性使得在衝擊條件下檢驗其行為變得頗具挑戰性，並且由於樣本碎裂，後續的顯微鏡分析也變得複雜。
實驗是在不同的衝擊壓力下對單晶鑽石樣本進行的。結果顯示，在69吉帕斯卡（GPa）的壓力下，鑽石僅顯示出彈性變形，保持其無缺陷的晶格。在115 GPa的壓力下，結構中由於高剪切應力而產生缺陷，這些缺陷通過堆疊錯位、位錯和雙晶來得以緩解。這項工作標誌著在實驗室環境中首次觀察到衝擊誘導的鑽石非晶化，這一材料反應早在分子動力學模擬中已有預測，但尚未在實驗室中驗證。
研究指出，像鑽石這樣具有「開放」晶體結構的材料，在壓力下特別容易發生這種結構崩潰。鑽石的立方體結構的原子包裝因子為0.34，顯著低於常見金屬的範圍（0.68至0.74）。研究強調，施加於靜水壓上的剪切應力在相變化和固態非晶化中發揮著重要作用。對這些缺陷形成的機制和原因的深入理解，提供了數據，可以用來完善模擬內爆過程的計算機模型。這項研究的變形機制結果可能對於更全面理解鑽石及一般共價鍵合材料的性質有重要貢獻。
