슈퍼컴퓨터가 만들어낸 슈퍼다이아몬드

지구에서 가장 단단한 보석이라는 다이아몬드에 대한 정설을 뒤엎을지도 모른다. 슈퍼다이아몬드라고 불리는 다이아몬드보다 단단한 물질이 슈퍼컴퓨터에 의해 모델링된 것. 이 이론상 물질은 지구 외에도 존재할 가능성이 있고 언젠가는 지구상에서도 만들어질 수 있을지 모른다.

이론상 슈퍼다이아몬드는 일반 다이아몬드와 마찬가지로 탄소 원자로 이뤄져 있다. 특정 탄소 상은 8개 원자로 구성되어 있으며 일반 환경 하에서도 안정적으로 존재할 수 있다. 다시 말해 지구 연구실에서도 존재할 가능성이 있다는 것. BC8이라고 불리는 이 특정 상은 실리콘이나 게르마늄에서 흔히 볼 수 있는 고압 상으로 이번에 탄소도 이 특정 상에서 존재할 수 있다고 예측된 것이다.

프론티어(Frontier)라고 불리는 초고속 엑사스케일 슈퍼컴퓨터로 막대한 압력 하에 놓인 수십억 개 탄소 원자 진화를 모델링했다. 그 결과 BC8 탄소가 일반 다이아몬드 압력보다 30% 높은 내성을 갖는다고 예측됐다. 로렌스 리버모어 국립연구소 측은 피하기 어려운 탄소 결정상을 합성하기 위해 국립점화시설(NIF) 등 여러 연구시설에서 많은 시도가 있었지만 아직 관측되지 않았지만 탄소가 풍부한 외계 행성에서 존재할 가능성이 있다고 밝혔다.

우주 어딘가 초경질 물질이 존재할 가능성에 대한 증거 사례는 다른 곳에도 있다. 2022년 지구에 떨어진 운석 조각에서 론즈데일라이트(lonsdaleite)라는 희귀한 다이아몬드 형태를 발견한 것. 이에 따라 우주에는 아직 알려지지 않은 초경질 물질이 있을 가능성이 시사됐다.

더불어 제임스웹우주망원경은 전례 없이 탄소가 풍부한 외계행성 존재를 밝혀냈다. 미항공우주국 나사(NASA)는 2040년대 초반을 목표로 제임스웹우주망원경을 뛰어넘는 차세대 우주망원경으로 관측할 계획을 진행 중이다.

한 전문가는 이런 탄소 풍부한 외계행성 내부 극한 환경은 다이아몬드나 BC8 같은 탄소 구조 형태를 만들어낼 가능성이 있다며 BC8 탄소상 특성에 대한 깊은 이해가 외계행성에 대한 정확한 내부 모델 개발에 중요하다고 밝혔다.

이번 연구는 NIF 디스커버리사이언스 프로그램을 통해 이뤄졌지만 슈퍼다이아몬드 생성이 지구 연구실 내에서 쉽게 구현될 것이라고는 기대하기 어렵다. 그렇지만 해당 재료과학 분야는 계속 발전해 나갈 것으로 기대된다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.