Ο άνθρακας σε πιέσεις 5 φορές περισσότερο από τον πυρήνα της Γης σπάζει το ρεκόρ σχηματισμού κρυστάλλων

Μια καλλιτεχνική απόδοση του 55 Cancri e, ενός εξωπλανήτη πλούσιου σε άνθρακα. Για πρώτη φορά στο εργαστήριο, τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο του προγράμματος NIF Discovery Science φτάνουν στις ακραίες πιέσεις που σχετίζονται με την κατανόηση της δομής του άνθρακα που καταλαμβάνει το εσωτερικό αυτών των εξωπλανητών. Πίστωση: ESA / Hubble / M. Kornmesser

Ο άνθρακας, το τέταρτο πιο άφθονο στοιχείο στο σύμπαν, είναι ένα δομικό στοιχείο όλων των γνωστών ζωών και ένα υλικό που βρίσκεται μέσα σε εξωπλανήτες πλούσιους σε άνθρακα.


Δεκαετίες εκτεταμένης έρευνας από επιστήμονες έχουν δείξει ότι η κρυσταλλική δομή του άνθρακα έχει σημαντική επίδραση στις ιδιότητές του. Εκτός από τον γραφίτη και το διαμάντι, τις πιο κοινές δομές άνθρακα που βρίσκονται σε πιέσεις περιβάλλοντος, οι επιστήμονες έχουν προβλέψει αρκετές νέες δομές άνθρακα που θα μπορούσαν να βρεθούν σε πιέσεις πάνω από 1.000 gigapascals (GPa). Αυτές οι πιέσεις, περίπου 2,5 φορές πίεση στον πυρήνα της Γης, σχετίζονται με τη μοντελοποίηση των εσωτερικών χώρων των εξωπλανητών, αλλά ήταν αδύνατο να επιτευχθούν στο εργαστήριο.

Δηλαδή, μέχρι τώρα. Στο πλαίσιο του προγράμματος Discovery Science, το οποίο δίνει στους πανεπιστημιακούς επιστήμονες πρόσβαση στην κορυφαία Εθνική Διευκόλυνση Ανάφλεξης (NIF) της LLNL, μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής το LLNL και το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης έχει μετρήσει με επιτυχία τον άνθρακα σε πιέσεις έως και 2000 GPa (5 φορές την πίεση του πυρήνα της Γης), σχεδόν διπλασιάζοντας τη μέγιστη πίεση στην οποία έχει κρυφτεί ποτέ μια κρυσταλλική δομή. Τα αποτελέσματα αναφέρθηκαν σήμερα στις Φύση.

“Βρήκαμε ότι, εκπληκτικά, υπό αυτές τις συνθήκες, ο άνθρακας δεν μεταμορφώνεται σε καμία από τις προβλεπόμενες φάσεις, αλλά διατηρεί τη δομή του διαμαντιού μέχρι την υψηλότερη πίεση”, δήλωσε η Amy Jenei, φυσικός LLNL, συγγραφέας της μελέτης. «Οι ίδιοι εξαιρετικά ισχυροί διατομικοί δεσμοί (που απαιτούν υψηλή ενέργεια για να σπάσουν) που είναι υπεύθυνοι για τη μεταστατική δομή του άνθρακα με διαμάντια που παραμένει επ ‘αόριστον σε πίεση περιβάλλοντος, πιθανώς παρεμποδίζει επίσης τον μετασχηματισμό του πάνω από 1000 GPa στα πειράματά μας.

Η ακαδημαϊκή συνιστώσα της συνεργασίας διευθύνθηκε από τον καθηγητή της Οξφόρδης Justin Wark, ο οποίος επαίνεσε την πολιτική ανοικτής πρόσβασης του εργαστηρίου

«Το πρόγραμμα NIF Discovery Science έχει τεράστιο όφελος για την ακαδημαϊκή κοινότητα», είπε. “Αυτό όχι μόνο επιτρέπει στους καθιερωμένους καθηγητές να υποβάλουν προτάσεις για πειράματα που θα ήταν αδύνατο να γίνουν αλλού, αλλά, το σημαντικότερο, δίνει επίσης στους μεταπτυχιακούς φοιτητές, που είναι οι έμπειροι επιστήμονες του μέλλοντος, την ευκαιρία να εργαστούν σε μια εγκατάσταση. Πολύ μοναδική.”

Η ομάδα, η οποία περιελάμβανε επίσης επιστήμονες από το Laboratory for Laser Energetics (LLE) στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ και το Πανεπιστήμιο της Υόρκης, εκμεταλλεύτηκε την εξαιρετική ισχύ και ενέργεια του NIF και η ρύθμιση διαμορφώνει με ακρίβεια τους παλμούς λέιζερ για τη συμπίεση του στερεού άνθρακα σε 2000 GPa με χρήση λέιζερ σε σχήμα ράμπας. όσπρια. Αυτό τους επέτρεψε να μετρήσουν την κρυσταλλική δομή χρησιμοποιώντας μια πλατφόρμα περίθλασης ακτίνων Χ και να συλλάβουν ένα στιγμιότυπο νανοδευτερολέπτου του ατομικού πλέγματος. Αυτά τα πειράματα διπλασιάζουν σχεδόν την υψηλή πίεση στην οποία έχει καταγραφεί περίθλαση ακτίνων Χ σε οποιοδήποτε υλικό.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ακόμη και υπό αυτές τις έντονες συνθήκες, ο στερεός άνθρακας διατηρεί τη δομή του διαμαντιού του πολύ πέρα ​​από το προβλεπόμενο καθεστώς σταθερότητάς του, επιβεβαιώνοντας τις προβλέψεις ότι η δύναμη των μοριακών δεσμών του διαμαντιού παραμένει υπό τεράστια πίεση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μεγάλα ενεργειακά εμπόδια που εμποδίζουν τη μετατροπή σε άλλες δομές άνθρακα.

«Το αν η φύση έχει βρει έναν τρόπο να ξεπεράσει το υψηλό ενεργειακό εμπόδιο στο σχηματισμό των προβλεπόμενων φάσεων εντός των εξωπλανητών εξακολουθεί να είναι ανοιχτή ερώτηση», δήλωσε ο Jenei. “Άλλες μετρήσεις με χρήση άλλης διαδρομής συμπίεσης ή από αλλοτρόπο του άνθρακας με ατομικό δομή που απαιτεί λιγότερη ενέργεια για την αναδιοργάνωση θα παρέχει επιπλέον πληροφορίες ”


Έλεγχος του σιδήρου υπό πίεση


Περισσότερες πληροφορίες:
Α. Lazicki et al. Μεταστασιμότητα του συμπιεσμένου διαμαντιού σε ράμπα 2 terapascal, Φύση (2021). DOI: 10.1038 / s41586-020-03140-4

Παραθέτω, αναφορά: Ο άνθρακας σε πιέσεις 5 φορές υψηλότερες από εκείνες του πυρήνα της Γης χτυπά το ρεκόρ σχηματισμού κρυστάλλων (2021, 28 Ιανουαρίου) που ανακτήθηκε στις 28 Ιανουαρίου 2021 από https://phys.org/news/2021-01-carbon-pressures- earth- πυρήνας-κρύσταλλο. html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Εκτός από την ορθή χρήση για ιδιωτικούς σκοπούς μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για πληροφορίες.

READ  Το τετράγωνο ντους μετεωριτών κορυφώνεται αυτό το Σαββατοκύριακο και άλλα ουράνια γεγονότα το 2021

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *