الماس با استفاده از بطری پلاستیکی ساخته شد

به گزارش دانش و فناوری خبرگزاری آنا به نقل از (سای تک دیلی)، در این آزمایش، یک ورقه نازک از پلاستیک PET ساده با لیزر شلیک شد.

فلاش‌های لیزری قوی که به نمونه مواد فویل مانند برخورد کرد، برای مدت کوتاهی آن را تا دمای ۶۰۰۰ درجه سانتیگراد گرم کرد و در نتیجه یک موج ضربه‌ای ایجاد کرد که ماده را به میلیون‌ها برابر فشار اتمسفر برای چند نانوثانیه فشرده کرد. دانشمندان توانستند تشخیص دهند که الماس‌های ریز، به اصطلاح نانوالماس، تحت فشار شدید تشکیل شده اند.

در سیاراتی مانند اورانوس و نپتون چه اتفاقی می‌افتد؟ یک آزمایش ابتکاری برای کشف این موضوع توسط یک تیم جهانی به رهبری هلمولتز زنتروم و درسدن روسندورف ملقب به (HZDR) از دانشگاه روستوک و شرکت ایکول پلی‌تکنیک فرانسه انجام شد؛ آن‌ها از فلاش‌های لیزری شدید برای مطالعه آنچه که هنگام شلیک لیزر به ورقه نازکی از پلاستیک PET رخ داد، استفاده کردند.

در نتیجه، دانشمندان توانستند از فرضیه قبلی خود مبنی بر اینکه الماس‌ها در غول‌های یخی لبه منظومه شمسی واقعا باران می‌بارد، حمایت کنند. روش دیگر این بود که این روش یک رویکرد کاملاً جدید برای ساختن نانوالماس‌هایی که برای مثال در حسگر‌های کوانتومی بسیار حساس مورد نیاز هستند، ارائه می‌دهد. 

شرایط شدید در داخل سیارات یخی بزرگ مانند نپتون و اورانوس با فشار میلیون‌ها برابر بیشتر از زمین و دمایی که می‌تواند به چندین هزار درجه سانتیگراد برسد، رخ می‌دهد. با این حال، حالت‌هایی مانند این را می‌توان با استفاده از فلاش‌های لیزری شدید برای ضربه زدن به نمونه‌ای از یک ماده فیلم‌مانند، گرم کردن آن تا دمای ۶۰۰۰ درجه سانتی‌گراد در یک چشم به هم زدن و ایجاد موج ضربه‌ای که مواد را فشرده می‌کند، به طور خلاصه در آزمایشگاه بازتولید کرد. به یک میلیون برابر فشار اتمسفر برای چند نانوثانیه.

دومینیک کراوس، فیزیکدان در HZDR و استاد دانشگاه روستوک، توضیح می‌دهد: «تاکنون از فیلم‌های هیدروکربنی برای این نوع آزمایش‌ها استفاده می‌کردیم؛ و ما کشف کردیم که این فشار شدید الماس‌های ریز تولید می‌کند که به نام نانوالماس شناخته می‌شوند.

با این حال، از آنجایی که غول‌های یخی همچنین حاوی مقادیر قابل توجهی اکسیژن هستند، علاوه بر کربن و هیدروژن، تنها تا حدی قادر به تکرار فضای داخلی سیارات با استفاده از این فیلم‌ها بود. هنگامی که محققان به دنبال مواد فیلم مناسب بودند، به طور تصادفی به یک ماده روزمره برخوردند: PET، رزینی که برای ساخت بطری‌های پلاستیکی معمولی استفاده می‌شود.

کراوس توضیح می‌دهد: "PET تعادل خوبی بین کربن، هیدروژن و اکسیژن برای شبیه سازی فعالیت در سیارات یخی دارد. "

این تیم تحقیقات خود را با استفاده از منبع نور منسجم Linac (LCLS)، یک لیزر پرتو ایکس قدرتمند و مبتنی بر شتاب دهنده، در آزمایشگاه شتاب دهنده ملی SLAC در کالیفرنیا انجام دادند. آن‌ها از آن برای تجزیه و تحلیل آنچه اتفاق می‌افتد هنگام برخورد فلاش‌های لیزری قدرتمند به فیلم PET و همزمان با استفاده از دو روش اندازه‌گیری استفاده کردند: پراش اشعه ایکس برای تشخیص اینکه آیا نانوالماس ایجاد شده است یا خیر و به اصطلاح پراکندگی با زاویه کوچک برای دیدن اینکه الماس‌ها با چه سرعتی و چقدر بزرگ می‌شوند.

اکسیژن فرآیند را تسهیل می‌کند

دومینیک کراوس در گزارشی از نتایج می‌گوید: «تاثیر اکسیژن تسریع شکافت کربن و هیدروژن و در نتیجه تشویق تشکیل نانوالماس بود. این بدان معناست که اتم‌های کربن می‌توانند راحت‌تر با هم ترکیب شوند و الماس تشکیل دهند. این بیشتر از این فرض حمایت می‌کند که به معنای واقعی کلمه الماس در داخل غول‌های یخی می‌بارد. احتمالاً یافته‌ها نه تنها مربوط به اورانوس و نپتون، بلکه به سیارات بی‌شماری دیگر در کهکشان ما نیز می‌شود. در حالی که قبلاً چنین غول‌های یخی به عنوان چیز‌های کمیاب در نظر گرفته می‌شدند، اکنون به نظر واضح است که آن‌ها احتمالاً رایج‌ترین شکل سیارات خارج از منظومه شمسی هستند.

این تیم همچنین با نکات دیگری روبرو شد: در ترکیب با الماس، آب باید تولید شود -، اما در یک نوع غیر معمول. کراوس معتقد است: «آب به اصطلاح ابریونیک ممکن است تشکیل شده باشد. اتم‌های اکسیژن یک شبکه کریستالی تشکیل می‌دهند که در آن هسته‌های هیدروژن آزادانه به اطراف حرکت می‌کنند. از آنجا که هسته‌ها دارای بار الکتریکی هستند، آب فوق یونی می‌تواند جریان الکتریکی را هدایت کند و در نتیجه به ایجاد میدان مغناطیسی غول‌های یخی کمک کند.

با این حال، گروه تحقیقاتی در آزمایشات خود هنوز نتوانستند وجود آب فوق یونی را در مخلوط با الماس به طور صریح اثبات کنند. این برنامه قرار است با همکاری نزدیک با دانشگاه روستوک در XFEL اروپا در هامبورگ، قدرتمندترین لیزر اشعه ایکس جهان اتفاق بیفتد. در آنجا، HZDR ریاست کنسرسیوم کاربر بین المللی HIBEF را بر عهده دارد که شرایط ایده آلی را برای آزمایش‌هایی از این نوع ارائه می‌دهد.

کارخانه دقیق برای نانوالماس

علاوه بر این دانش نسبتاً اساسی، آزمایش جدید چشم‌انداز‌هایی را برای یک کاربرد فنی نیز باز می‌کند: تولید سفارشی الماس‌هایی به اندازه نانومتر، که قبلاً در ساینده‌ها و مواد پولیش گنجانده شده‌اند. در آینده قرار است از آن‌ها به عنوان حسگر‌های کوانتومی بسیار حساس، عوامل کنتراست پزشکی و شتاب‌دهنده‌های واکنش کارآمد برای تقسیم استفاده شود.
برای مثال CO۲.

کراوس توضیح می‌دهد: «تاکنون الماس‌هایی از این نوع عمدتاً از طریق انفجار مواد منفجره تولید شده‌اند. با کمک فلاش‌های لیزری، می‌توان آن‌ها را در آینده بسیار تمیزتر ساخت.

دیدگاه دانشمندان: یک لیزر با کارایی بالا در هر ثانیه ده فلاش در یک فیلم PET شلیک می‌کند که توسط پرتو در فواصل یک دهم ثانیه روشن می‌شود. بنابراین، نانوالماس‌ها از فیلم بیرون می‌آیند و در یک مخزن جمع‌آوری پر از آب فرود می‌آیند. در آنجا سرعت آن‌ها کاهش می‌یابد و سپس می‌توان آن‌ها را فیلتر کرد و به طور موثر برداشت کرد.

دومینیک کراوس تأکید می‌کند که مزیت اصلی این روش در مقایسه با تولید مواد منفجره این است که «نانو الماس‌ها را می‌توان با توجه به اندازه یا حتی دوپینگ با اتم‌های دیگر برش داد».

لیزر اشعه ایکس به این معنی است که ما یک ابزار آزمایشگاهی داریم که می‌تواند رشد الماس را دقیقاً کنترل کند.