Nauka dla Społeczeństwa

03.03.2024
PL EN
09.09.2022 aktualizacja 09.09.2022

Z pomocą lasera i plastiku naukowcy stworzyli nanodiament

Fot. Fotolia Fot. Fotolia

Posługując się silnymi impulsami laserowymi, niemiecki zespół odtworzył warunki, jakie panują we wnętrzach olbrzymich, gazowych planet. Badacze pokazali, że na tych ciałach prawdopodobnie pada „diamentowy deszcz”, a jednocześnie przedstawili nową metodę otrzymywania mikroskopijnych diamentów.

Astronomów od dawna nurtuje pytanie, co dzieje się we wnętrzach dalekich planet, w tym gazowych olbrzymów takich jak Uran czy Neptun. Częściowo można na nie odpowiedzieć z pomocą eksperymentów prowadzonych w laboratoriach na powierzchni Ziemi.

W jednym z takich właśnie doświadczeń badacze z Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) uzyskali mikroskopijne diamenty.

Skierowali oni silne impulsy rentgenowskiego lasera na cienką warstwę PET (tworzywo, z którego wyrabia się m.in. butelki). Chodziło o odtworzenie ekstremalnie wysokiej temperatury i ciśnienia, jakie panują we wnętrzach wspomnianych planet.

Na niewielki ułamek sekundy próbka rozgrzała się do temperatury 6 tys. stopni i otoczyło ją ciśnienie kilka milionów razy wyższe, niż typowe dla ziemskiej atmosfery. Pod wpływem lasera z plastiku zaczęły powstawać nanometrowej wielkości diamenty.

Uzyskiwano je już wcześniej, ale metodami, które nie dawały pełnego obrazu zachodzących na planetach zjawisk.

„Do tej pory używaliśmy węglowodorowych warstw i odkryliśmy, że ekstremalne ciśnienie powodowało powstawanie nanodiamentów” - opowiada jeden z badaczy, prof. Dominik Kraus.

Tego typu warstwy nie zawierały jednak tlenu, którego duże ilości można znaleźć w gazowych olbrzymach.

„PET zawiera zrównoważone ilości węgla, wodoru i tlenu, co pozwala symulować warunki panujące w tych planetach” - podkreśla prof. Kraus.

„Tlen przyspieszył rozdzielanie się węgla od wodoru i przyspieszył w ten sposób powstawanie diamentów. Innymi słowy - atomy węgla mogły łatwiej łączyć się w diamenty” - wyjaśnia prof. Kraus.

Według naukowców wynik ten potwierdza wcześniejsze założenia, według których na olbrzymich gazowych planetach dosłownie pada diamentowy deszcz.

Takie ciała obecne są przy tym nie tylko w Układzie Słonecznym, ale w całej galaktyce, gdzie prawdopodobnie stanowią najpowszechniejszy typ planet.

W opisanych reakcjach może też powstawać woda, ale specjalnego rodzaju - tzw. woda superjonowa. Ma ona postać kryształu utworzonego przez atomy tlenu, wokół których swobodnie poruszają się jądra atomów wodoru.

Taka substancja przewodzi prąd elektryczny, dzięki czemu może wspierać powstawanie silnego pola magnetycznego planety.

Do tej pory nie udało się jednak z całą pewnością potwierdzić powstawania takiej wody obok nanodiamentów.

Badacze chcą tego dokonać w kolejnych eksperymentach.

Oprócz uzyskania wiedzy na temat planet, opisane doświadczenia mają też znaczenie praktyczne.

Nanometrowej wielkości diamenty to bowiem ważne narzędzie w przemyśle używane np. do szlifowania różnego typu powierzchni.

Jak tłumaczą autorzy badania, prowadzone są też prace nad wykorzystaniem takich diamentów w kierowaniu reakcjami chemicznymi, w budowie bardzo czułych kwantowych czujników, czy kontrastów do badań medycznych.

„Do tej pory diamenty tego rodzaju były produkowane głównie przy pomocy materiałów wybuchowych. Dzięki impulsom laserowym mogą być wytwarzane w dużo czystszy sposób” - twierdzi prof. Kraus.

Więcej informacji na stronach:

https://www.eurekalert.org/news-releases/963276

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo0617 (PAP)

Marek Matacz

mat/ agt/

Przed dodaniem komentarza prosimy o zapoznanie z Regulaminem forum serwisu Nauka w Polsce.

Copyright © Fundacja PAP 2024