Международная научная группа из Германии и Франции осуществила «обстрел» тонкой пленки обычного ПЭТ-пластика из высокопроизводительного лазера, и за счет этого исследователи смогли произвести миниатюрные алмазы. Об этом сообщает портал Eurekalert. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Эксперимент совместной научной группы, объединившей исследователей из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), Ростокского университета и Французской политехнической школы, подтвердить более ранний тезис этих ученых о том, что внутри ледяных гигантов на периферии Солнечной системы, таких как Нептун и Уран, протекает явление «алмазного дождя». Но помимо этого, на практике подтвердился новый способ производства наноалмазов, которые необходимы, в частности, для создания высокочувствительных квантовых сенсоров.
Условия в недрах ледяных планет-гигантов экстремальны: температура достигает нескольких тысяч градусов по Цельсию, а давление в миллионы раз выше, чем в атмосфере Земли. Тем не менее, подобные состояния можно смоделировать в земной лаборатории: мощные лазерные вспышки поражают пленкообразный образец углеродного материала, нагревают его до 6000 градусов Цельсия за мгновение ока и создают ударную волну, которая в течение нескольких наносекунд сжимает материал силой в миллион раз выше обычного атмосферного давления.
«Мы использовали углеводородные пленки для таких экспериментов, и обнаружили, что это экстремальное давление производит крошечные алмазы, известные как наноалмазы», – пояснил Доминик Краус, физик из HZDR и профессор Ростокского университета.
Однако с помощью этих пленок удалось лишь частично смоделировать внутреннюю часть планет, потому что ледяные гиганты содержат не только углерод и водород, но и огромное количество кислорода. В поисках подходящего материала для пленки группа наткнулась на повседневное вещество: ПЭТ-смолу, из которой делают обычные пластиковые бутылки.
Исследователи провела свои эксперименты в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Калифорнии, где находится источник когерентного света Linac (LCLS) – мощный рентгеновский лазер на основе ускорителя. Они использовали его для анализа того, что происходит, когда интенсивные лазерные вспышки попадают на ПЭТ-пленку, используя одновременно два метода измерения: дифракцию рентгеновских лучей, чтобы определить, были ли произведены наноалмазы, и так называемое малоугловое рассеяние, чтобы увидеть, как быстро и до каких размеров вырастают наноалмазы.
По словам Крауса, эффект кислорода заключался в ускорении расщепления углерода и водорода и, таким образом, стимулировании образования наноалмазов. Это еще раз подтверждает прежнее предположение исследователей о том, что внутри ледяных гигантов буквально идет «дождь из алмазов».
Подобное явление, по всей вероятности, имеет отношение не только к Урану и Нептуну, но и к бесчисленному количеству других планет в галактике. Прежде такие ледяные гиганты считались редкостью, но недавние новые наблюдения показали, что они, возможно, являются наиболее распространенной формой планет за пределами Солнечной системы.
В дополнение к этому довольно фундаментальному знанию новый эксперимент также открывает перспективы для успешного технического применения: специальное производство алмазов нанометрового размера, которые уже включены в состав абразивов и полирующих средств. В будущем их предполагается использовать в качестве высокочувствительных квантовых сенсоров, медицинских контрастных веществ и эффективных ускорителей реакций, например, для расщепления СО2.
«До сих пор алмазы такого типа в основном производились путем подрыва взрывчатых веществ. С помощью лазерных вспышек в будущем их можно будет производить намного проще и экологически чище», – отметил Краус.