Elmasla Yapılan Deneylerle Sınırsız ve Temiz Enerji Araştırmaları Sürüyor
Fotoğraf – 1 : Teoride 2 trilyon paskal (terapascal) basınçta gövde merkezli kübik formun (sağ) daha kararlı olması öngörülse de, elmasın yüz merkezli kübik yapısı (sol) bu basınca dayanabilir. (gri = karbon; kırmızı = yapıdaki atom katmanlarını bağlayan bağlar)
Dünyanın çekirdeğinden beş kat daha yüksek basınçlarda bile elmas olağan yapısını korumaktadır.
Üzerinde dünyanın ağırlığı olsa bile elmas, baskı altında bükülmeyi kararlılıkla reddediyor. Şimdiye kadar bildirilen en yüksek basınçlı X ışını kırınım deneyleri sayesinde, araştırmacılar elmasın yapısının 2 trilyon paskalda değişmeden kaldığını ortaya çıkardılar – Dünya’nın çekirdeğindeki basıncın beş katından fazla (Nature 2021, DOI: 10.1038 / s41586-) 020-03140-4).
Çalışmada yer almayan Edinburgh Üniversitesi’nde yüksek basınç fizikçisi Malcolm I. McMahon,”Bir malzemeyi alıp atmosfer basıncının 20 milyon katına kadar, saniyenin milyarda biri kadar sıkıştırabilmek ve ardından atomlarının nasıl düzenlendiğini belirlemek için X ışını kırınımını kullanmak harika bir teknik başarıdır” diyor.
Elmas atomları normalde, yüz merkezli kübik olarak bilinen ortak bir kristal yapının varyantı olan tekrarlayan bir desende düzenlenir. Ancak yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, yaklaşık 1 trilyon paskalda, vücut merkezli kübik adı verilen farklı bir düzenlemeye dayanan daha karmaşık bir yapının daha kararlı olacağını göstermektedir. Daha da yüksek basınçlarda malzeme, basit kübik yapı olarak bilinen bir formu tercih etmelidir. Bununla birlikte, elmastaki güçlü karbon-karbon bağları, bu diğer yapılara geçişte devasa bir enerji engeli oluşturur ve araştırmacılar, elmasın geçişi yapması için ne kadar ekstra baskı gerekeceğini bilmek ister.
Bu tür yüksek basınç deneyleri için araştırmacılar, numuneleri iki elmasın uçları arasında sıkıştırmak için genellikle elmas tabanlı hücreleri kullanırlar. Ancak bu hücreler 1 trilyon paskaldan daha fazla basınçta yaşayamaz. Yoğun bir lazer patlaması daha yüksek basınçlara ulaşabilir, ancak ani şok da çok fazla ısı üretir ve elmas erimeye 0.6 trilyon paskalın üzerinde başlar.
Yeni çalışma için deneysel çalışmalara liderlik eden Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’ndan (LLNL) Amy Lazicki, “Bu yüzden basınçta ani bir artış yerine basıncı yavaş yavaş artırmaya çalıştık, burada yavaştan kasıt 20-30 nanosaniyedir,” diyor.
Bunu başarmak için, Lazicki’nin ekibi LLNL’in Ulusal Ateşleme Tesisinde dünyanın en yüksek enerjili lazer sistemini kullandı. Elmas numunelerine odaklanan 16 lazer ışınının yoğunluğunu arttırarak kristallere sıkıştırma dalgası başlatan küçük bir patlama yarattılar. Aynı zamanda, iki düzine ayrı lazer ışını, yapısını ortaya çıkarmak için sıkıştırılmış elmas boyunca saçılan 2 ns uzunluğunda yoğun X-ışınları patlaması oluşturmak için bir metal folyoya ateşlendi. Lazicki, bu ince ayarlı sistemi kurup çalıştırmanın yaklaşık beş yıl sürdüğünü ve önceki X ışını kırınım deneylerinde elde edilen basıncın neredeyse iki katına ulaştığını söylüyor.
McMahon, “Umudumuz elmasın 1,2-1,3 trilyon paskal basınçlarında dönüşeceği yönündeydi ama araştırmalar gösteriyor ki elmas, 2 trilyon paskal gibi yüksek bir değerde yine yapısını koruyacak,” diyor.
Lazicki, elmasın yüz merkezli kübik yapısının kalıcılığının çok sıra dışı olduğunu ve konfor bölgesinin dışında bilinen başka hiçbir malzemenin değişmeden kalamayacağını ekliyor. “Elmastaki bu bağ gerçekten benzersiz bir şekilde sağlam ve güçlü” diyor.
Yapılan bu çalışmalar sonucunda muazzam basınç altındaki malzemelerin özelliklerinin uzak dünyaların jeolojisini şekillendirdiği, karbon bakımından zengin ötegezegenlerin iç mekanlarının modellenmesinde yararlı olabileceği düşünülmektedir. Elde edilen veriler, bilim insanlarına gezegenlerin ekstrem koşullarını anlamak ve sınırsız temiz enerji kaynağı oluşturma çalışmaları için muazzam bilgiler sunacaktır. McMahon, “Dışarıda gezegen büyüklüğünde elmaslar olduğunu öne süren belgeler bile var” diyor.
Lazicki’nin ekibi şimdi vücut merkezli kübik karbon oluşturmak için farklı bir yol denemeyi umuyor. Araştırmacılar, lazerleri geleneksel elmaslara ateşlemek yerine, yapılar arasında geçiş için daha düşük bir enerji bariyerine sahip olması gereken altıgen elmasla (özelliği şokla sıkıştırılmış grafitten oluşan başka bir kristal düzenleme olan) başlamayı hedefliyor.
Kaynak : acs.org
