[뉴스웍스=문병도 기자] 다이아몬드는 지구상 광물 중에서 가장 단단하다. 두 번째로 강한 강옥보다 90배나 더 단단하다.

다이아몬드와 흑연을 이루는 물질은 동일하다. 바로 탄소다. 다이아몬드는 하나의 탄소 원자가 다른 4개의 탄소와 결합해 정사면체 구조를 이루고, 이 정사면체들이 3차원으로 견고하게 연결돼 있다. 다이아몬드가 되려면 흑연 덩어리를 기계에 넣고 1~2시간 동안 5만기압, 1500℃ 이상의 고온 고압을 가하면 된다. 이 때 흑연 덩어리 안에 촘촘하게 박힌 작은 알갱이 형태로 생성된다.

자연상태에서 다이아몬드는 땅 속 깊이 130킬로미터 아래에서 형성된다. 우리가 발견하는 것은 화산이 분출할 때 함께 땅 위로 솟아오른 것이다. 

드비어스는 '다이아몬드는 영원하다'는 광고 카피로 한 때 전세계 물량의 90%를 차지하며 명성을 얻기도 했다. 공업용으로 인식되던 다이아몬드가 '사랑의 징표'로 자리잡은 것이다. 

그런데 다이아몬드보다 30%강한 광물이 존재할 수 있다는 사실이 확인됐다. 최근 '물리 화학 저널'에는 다이아몬드보다 30% 단단한 물질이 소개됐다.

바로 8개의 탄소 원자로 이루어진 '몸체 중심 입방체' 즉 'BC8' 결정이다. 

연구팀은 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터인 프론티어를 이용해 수백만 개의 원자 분자 역학 시뮬레이션을 통해 초고압에서 다이아몬드의 극한 안정성을 밝혀냈다. 이를 통해 BC8은 매우 좁은 압력과 온도범위에서만 합성될 수 있다는 것을 알아냈다. 

다이아몬드가 단단한 이유는 네 개의 원자가 전자의 최적 구성과 완벽하게 일치하기 때문이다. 존 에거트 로렌스 리버모어 국립 연구소 박사는 "BC8 구조는 완벽한 사면체와 가장 가까운 형태를 유지하지만 다이아몬드 구조에서 발견되는 절단면이 없다"면서 "BC8 탄소 단계는 다이아몬드보다 훨씬 더 만들기 어렵다"고 말했다. 

BC8은 다이아몬드가 형성되는 조건보다 더 가혹한 조건에서 만들어진다. 이론적으로 1000만 기압을 초과하는 압력이 필요하다. 온도는 섭씨 5000도 수준을 유지해야 한다. 수 많은 노력에도 불구하고 아직 실험실에서조차 BC8을 만들지 못한 이유다. 탄소가 풍부한 외계행성에 존재할 가능성이 있을 뿐이다. 질량이 큰 행성은 수백만 기압의 조건을 충족하기 때문이다. 

이반 올리닉 사우스 플로리다대 교수는 "BC8은 현재 이론적로만 존재할 뿐"이라면서도 "BC8은 형성되는 조건은 가혹하지만 실온에서 안정적으로 존재한다. 만약 언젠가 BC8을 합성하는데 성공한다면 슈퍼 다이아몬드로 불릴 것"이라고 말했다.