در این آزمایش، به یک ورقه نازک از پلاستیک PET ساده، لیزر شلیک شد. فلاشهای لیزری قوی که به نمونه موادِ فویل مانند برخورد می کند، برای مدت کوتاهی آن را تا دمای 6000 درجه سانتیگراد گرم کرده و یک موج ضربه ای (shock wave)ایجاد میشود که ماده را تا میلیون ها برابر فشار اتمسفر برای چند نانوثانیه فشرده می کند. دانشمندان تشخیص دادند که تحت فشار شدید الماس های ریز، به اصطلاح نانوالماس، تشکیل شده اند .

در سیاراتی مانند اورانوس و نپتون چه اتفاقی می افتد؟ یک آزمایش ابتکاری برای کشف این موضوع توسط یک تیم جهانی با هدایت هلمهولتز-زنتروم درسدن-روزندورف (HZDR)در دانشگاه روستوک و اکول پلی تکنیک فرانسه انجام شده است. آن‌ها از فلاش‌های لیزری شدید برای مطالعه اتفاقاتی که هنگام شلیک لیزر به ورقه نازکی از پلاستیک ساده PET رخ داد، استفاده کردند.

در نتیجه این تحقیق، دانشمندان توانستند از فرضیه قبلی خود مبنی بر اینکه در غولهای یخی لبه منظومه شمسی ما واقعاً باران الماس می بارد، حمایت کنند. نتیجه دیگر این بود که این روش یک رویکرد کاملاً جدید برای ساخت نانوالماس‌هایی که برای مثال در حسگرهای کوانتومی بسیار حساس مورد نیاز هستند، ارائه می‌دهد. یافته های این تیم اخیراً در Science Advances منتشر شده است.

شرایط شدید (extreme conditions) 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 برخورد به نمونه‌ای از یک ماده لایه‌مانند به طور خلاصه در آزمایشگاه بازتولید کرد و در یک چشم به هم زدن آن را تا دمای 6000 درجه سانتی‌گراد گرم و یک موج ضربه ای ایجاد کرد که ماده را تا یک میلیون برابر فشار اتمسفر برای چند نانوثانیه فشرده کند.

دومینیک کراوسDominik Kraus ، فیزیکدان در HZDR و استاد دانشگاه روستوک، اینگونه توضیح می‌دهد: تاکنون برای این نوع آزمایش‌ها از لایه های هیدروکربنی استفاده می‌کردیم. و کشف کردیم که این فشار شدید الماس‌های ریز تولید می‌کند که با نام نانوالماس شناخته می‌شوند.

اما از آنجایی که غول های یخی، علاوه بر کربن و هیدروژن، حاوی مقادیر قابل توجهی اکسیژن نیز هستند، تکرار فضای داخلی سیارات با استفاده از این لایه ها تنها تا حدی ممکن بود. هنگامی که محققان به دنبال مواد لایه مناسب بودند، به طور تصادفی به یک ماده روزمره برخوردندPET : ، رزینی که برای ساخت بطری های پلاستیکی معمولی استفاده می شود.

کراوس درباره PETاینگونه توضیح می دهد: PET تناسب 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 لیناک (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 در هنگام برخورد فلاش های لیزری قدرتمند به فیلم PET رخ می دهد و همزمان با دو روش اندازه گیری می شود 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 الماس ها با چه سرعتی و تا چه اندازه ای، زیاد می شوند.

این تیم همچنین با نکات دیگری روبرو شد: در کنار الماس، آب باید تولید شود - اما در یک نوع غیر معمول. کراوس معتقد است: «آبِ به اصطلاح اَبَر یونی ممکن است تشکیل شده باشد: اتم های اکسیژن یک شبکه کریستالی تشکیل می دهند که در آن هسته های هیدروژن آزادانه به اطراف حرکت می کنند. از آنجا که هسته ها دارای بار الکتریکی هستند، آب ابر یونی می تواند جریان الکتریکی را هدایت کرده و در نتیجه به ایجاد میدان مغناطیسی غول های یخی کمک کند. با این حال، گروه تحقیقاتی در آزمایشات خود هنوز نتوانستند وجود آب ابر یونی را در ترکیب با الماس به طور صریح اثبات کنند. این قسمت کار قرار است با همکاری نزدیک با دانشگاه روستوک در XFEL اروپا در هامبورگ، با قدرتمندترین لیزر اشعه ایکس جهان اتفاق بیفتد.

الماس های تولید شده به اندازه نانومتر که قبلاً در ساینده ها و مواد پولیش هم وجود داشتند، قرار است در آینده به عنوان حسگرهای کوانتومی بسیار حساس، عوامل کنتراست پزشکی و شتاب‌دهنده‌های واکنش کارآمد برای مثال در جداسازی CO₂ استفاده شوند. کراوس توضیح می‌دهد: تاکنون الماس‌هایی از این نوع عمدتاً از طریق انفجار مواد منفجره تولید می شده‌اند. با کمک فلاش های لیزری، می توان آنها را در آینده بسیار تمیزتر ساخت.

یک لیزر با کارایی بالا، در هر ثانیه ده فلاش به لایه PET که توسط پرتو در فواصل یک دهم ثانیه روشن می شود، شلیک می کند. بنابراین، نانوالماس‌ها از لایه بیرون آمده و در یک مخزن جمع‌آوری پر از آب فرود می‌آیند. در آنجا سرعت آنها کاهش می یابد و سپس می توان آنها را فیلتر و به طور موثر جمع آوری 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 آلائیدگی با اتم‌های دیگر به طور دلخواه ایجاد کرد. لیزر اشعه ایکس به این معنی است که ما یک ابزار آزمایشگاهی داریم که می تواند رشد الماس را دقیقاً کنترل کند.

منبع خبر:

Scientists Successfully Create Diamonds Out of Bottle Plastic