Shkencëtarët krijojnë me sukses diamante nga plastika e shisheve

Çfarë ndodh brenda planetëve si Urani dhe Neptuni? Një eksperiment inovativ u krye për të zbuluar nga një ekip global i udhëhequr nga Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Universiteti i Rostokut dhe École Polytechnique në Francë. Ata përdorën ndezje intensive lazer për të studiuar se çfarë ndodhi kur ata qëlluan një lazer në një fletë të hollë plastike të thjeshtë PET.

Si pasojë, shkencëtarët ishin në gjendje të mbështesin hipotezën e tyre të mëparshme se diamantet bien vërtet shi brenda gjigantëve të akullit në skajin e sistemit tonë diellor. Një tjetër ishte se kjo teknikë do të ofronte një qasje krejt të re për të bërë nanodiamante, të cilat nevojiten, për shembull, në sensorë kuantikë shumë të ndjeshëm. Gjetjet e ekipit u botuan së fundmi në Science Advances.

Kushtet ekstreme ndodhin në brendësi të planetëve të mëdhenj të akullt si Neptuni dhe Urani, me presion miliona herë më të lartë se në Tokë dhe temperatura që mund të arrijnë disa mijëra gradë Celsius. Megjithatë, gjendje si këto mund të riprodhohen shkurtimisht në laborator duke përdorur ndezje intensive lazer për të goditur një mostër të një materiali të ngjashëm me filmin, për ta ngrohur atë në 6000 gradë Celsius sa hap e mbyll sytë dhe për të krijuar një valë goditëse që ngjesh materialin. në një milion herë presionin atmosferik për disa nanosekonda.

“Deri tani, ne kemi përdorur filma hidrokarbure për këto lloj eksperimentesh,” shpjegon Dominik Kraus, një fizikant në HZDR dhe profesor në Universitetin e Rostock. “Dhe ne zbuluam se ky presion ekstrem prodhoi diamante të imët, të njohur si nanodiamante.”

Megjithatë, meqenëse gjigantët e akullit përmbajnë gjithashtu sasi të konsiderueshme oksigjeni, përveç karbonit dhe hidrogjenit, ai ishte vetëm pjesërisht në gjendje të përsëriste brendësinë e planetëve duke përdorur këto filma. Kur kërkonin material filmik të përshtatshëm, studiuesit u ndeshën me një substancë të përditshme: PET, rrëshira e përdorur për të bërë shishe plastike të zakonshme.

“PET ka një ekuilibër të mirë midis karbonit, hidrogjenit dhe oksigjenit për të simuluar aktivitetin në planetët e akullit,” shpjegon Kraus.

Ekipi kreu kërkimin e tyre duke përdorur Burimin Koherent të Dritës Linac (LCLS), një lazer i fuqishëm, i bazuar në përshpejtues me rreze X, në Laboratorin Kombëtar të Përshpejtuesit SLAC në Kaliforni. Ata e përdorën atë për të analizuar atë që ndodh kur ndezjet e fuqishme lazer godasin një film PET, ndërkohë që përdornin njëkohësisht dy teknika matëse: difraksionin me rreze X për të zbuluar nëse u krijuan nanodiamantet dhe të ashtuquajturën shpërndarje me kënd të vogël për të parë se sa shpejt dhe sa të mëdhenj rriteshin diamantet. .

“Efekti i oksigjenit ishte të përshpejtonte ndarjen e karbonit dhe hidrogjenit dhe kështu të inkurajonte formimin e nanodiamantit,” thotë Dominik Kraus, duke raportuar mbi rezultatet. “Kjo do të thotë se atomet e karbonit mund të kombinohen më lehtë dhe të formojnë diamante.” Kjo më tej mbështet supozimin se fjalë për fjalë bie shi diamante brenda gjigantëve të akullit. Gjetjet ndoshta nuk janë të rëndësishme vetëm për Uranin dhe Neptunin, por edhe për planetë të tjerë të panumërt në galaktikën tonë. Ndërsa gjigantë të tillë të akullit më parë konsideroheshin si gjëra të rralla, tani duket qartë se ata janë ndoshta forma më e zakonshme e planetëve jashtë sistemit diellor.

Ekipi hasi gjithashtu sugjerime të një lloji tjetër: Në kombinim me diamantet, uji duhet të prodhohet – por në një variant të pazakontë. “Mund të jetë formuar i ashtuquajturi ujë superionik,” mendon Kraus. “Atomet e oksigjenit formojnë një rrjetë kristalore në të cilën bërthamat e hidrogjenit lëvizin lirshëm.” Për shkak se bërthamat janë të ngarkuara elektrikisht, uji superionik mund të përçojë rrymën elektrike dhe kështu të ndihmojë në krijimin e fushës magnetike të gjigantëve të akullit. Megjithatë, në eksperimentet e tyre, grupi hulumtues nuk ishte ende në gjendje të provonte pa mëdyshje ekzistencën e ujit superionik në përzierjen me diamante. Kjo është planifikuar të ndodhë në bashkëpunim të ngushtë me Universitetin e Rostokut në European XFEL në Hamburg, lazeri më i fuqishëm me rreze X në botë. Atje, HZDR kryeson konsorciumin ndërkombëtar të përdoruesve HIBEF i cili ofron kushte ideale për eksperimente të këtij lloji.

Përveç kësaj njohurie mjaft themelore, eksperimenti i ri hap gjithashtu perspektiva për një aplikim teknik: prodhimin e përshtatur të diamanteve me përmasa nanometër, të cilët tashmë janë përfshirë në gërryes dhe agjentë lustrim. Në të ardhmen, ata supozohet të përdoren si sensorë kuantikë shumë të ndjeshëm, agjentë kontrasti mjekësor dhe përshpejtues efikas të reagimit, për ndarje.
CO2 për shembull. “Deri më tani, diamante të këtij lloji janë prodhuar kryesisht nga eksplozivët shpërthyes,” shpjegon Kraus. “Me ndihmën e ndezjeve lazer, ato mund të prodhohen shumë më pastër në të ardhmen.”

Vizioni i shkencëtarëve: Një lazer me performancë të lartë lëshon dhjetë ndezje në sekondë në një film PET i cili ndriçohet nga rrezja në intervale prej një të dhjetës së sekondës. Nanodiamantet e krijuar kështu dalin nga filmi dhe zbresin në një rezervuar grumbullues të mbushur me ujë. Atje ato ngadalësohen dhe më pas mund të filtrohen dhe të korren në mënyrë efektive. Avantazhi thelbësor i kësaj metode në kontrast me prodhimin nga eksplozivët është se “nanodiamantet mund të priten me porosi në lidhje me madhësinë apo edhe doping me atome të tjera”, thekson Dominik Kraus. “Lazeri me rreze X do të thotë se ne kemi një mjet laboratorik që mund të kontrollojë saktësisht rritjen e diamanteve.”