В недрах Земли, где давление превышает миллионы атмосфер, скрываются секреты формирования планет и поведения материи под экстремальными условиями. Доступ к этой таинственной сфере открывают алмазные наковальни – уникальные устройства, способные сжимать образцы до невероятных величин. Однако для получения точных данных о состоянии вещества в таких условиях требовалась революционная технология – новая конфигурация образцов, разработанная международной командой ученых из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL), Аргоннской национальной лаборатории и Deutsches Elektronen-Synchrotron.
Тороидальная алмазная наковальня: новый уровень сжатия
Ранее LLNL уже совершила прорыв, создав тороидальную алмазную наковальню, способную выдерживать давление более 300 ГПа – предел, недоступный для традиционных методов. Но это была лишь первая ступень. Следующим шагом стало совершенствование самой технологии изготовления образцов, чтобы раскрыть полный потенциал этой уникальной установки.
Эксперименты со статическим сжатием при давлениях выше 300 ГПа – это настоящая научная экспедиция в неведомые глубины. Условия сжатия часто далеки от идеальных, искажая результаты измерений уравнения состояния. Новая разработка ученых решает эту проблему, создавая для образцов защищенную и контролируемую среду, подобно микроскопическому «кокон», который гарантирует точность данных.
Микро-инжиниринг: ключ к надежным измерениям
В центре этой инновации – 10-ступенчатый процесс изготовления образцов. Целевой материал помещается в капсулу из мягкого металла, которая служит проводником давления и одновременно защищает его от неравномерного распределения сил. Эта микроскопическая «одежда» для образца, созданная с невероятной точностью, равномерно передает давление по всей его поверхности, даже в камере диаметром всего 6 микрон – меньше толщины человеческого волоса!
Представьте: внутри этой крошечной камеры, размером со стотысячную долю миллиметра, происходит сжатие под давлением, превышающим внутреннее давление Нептуна. Благодаря капсуле из мягкого металла, материал испытывает равномерное давление, как будто погруженный в невероятно плотный океан.
Открывая новые горизонты исследования
Эксперименты с этой революционной технологией проводились на мощных установках Аргоннской национальной лаборатории (сектор 16 HPCAT) и Немецкого электронного синхротрона PETRA-III. Исследователи успешно протестировали ее на молибдене, используя медную капсулу для передачи давления. Однако потенциал этой методики огромен – она открывает двери к изучению уравнения состояния широкого спектра материалов в условиях сверхвысокого давления.
“Это лишь начало микропроизводства упаковки образцов для тороидальной алмазной опалубки,” – говорит Клэр Зурковски, научный сотрудник LLNL и первый автор статьи. – “Мы ожидаем, что этот метод инкапсуляции позволит легко калибровать статическое уравнение состояния материалов в физике, химии и планетологии в диапазоне нескольких мегабар – условиях, где данные о статическом сжатии сейчас крайне ограничены.”
Эта работа открывает новую эру в изучении материи под экстремальными условиями, приближая нас к пониманию глубинных процессов, происходящих в сердце планет и звезд.
