Алмазы – удивительное создание природы. Потрясающей красоты украшения с бриллиантами – лишь малая часть пользы, которые приносят человечеству алмазы.
Пока это самое твердое вещество из доступных человеку, и, благодаря твердости этих камней, ученые научились проводить интереснейшие эксперименты.
Используя алмазы, получается создавать области сверхвысокого давления – на очень небольшой площади, но и этого хватает для изучения поведения разных веществ в экстремальных условиях.
Устройство, создающее давление, несколько раз превосходящее то, что существует в центре Земли, называется «алмазной наковальней».
В ней два специальным образом отшлифованных алмаза (размером в один карат или меньше, т.е. примерно до 6 мм в диаметре), сжимаются прессом.
Вот так при увеличении выглядит алмазная наковальня в специальной ячейке пресса. На концах алмазов создается область сверхвысокого давления, железный диск между концами алмазов нужен для фиксации сдавливаемого вещества (например, газа)
Весь фокус в особенной форме этих алмазов – сторона, на которую действует пресс, намного больше, чем та, которая сама давит на исследуемое вещество. Соответственно вполне «человеческое» давление, создаваемое прессом, преобразуется в гораздо более сильное на противоположной грани «наковальни».
А еще важный плюс алмазной наковальни – прозрачность. Непосредственно в процессе эксперимента можно «заглянуть» на сдавливаемое вещество и замерить его текущие свойства и состояния.
Схематичное устройство алмазной наковальни. Красный камешек в рабочей камере между двумя алмазами - рубин, по его флуоресценции измеряют давление, достигнутое между алмазами. На снимках внизу - зафиксированный переход водорода в металлическое состояние с ростом давления.
Например, буквально в начале текущего года с помощью алмазной наковальни было экспериментально доказано, что при высоком давлении водород действительно переходит в состояние металла. Для ориентира, что значит «высокое давление»: в центре земного ядра давление примерно 375 гигапаскалей (3,7 млн амосфер), а в эксперименте водород перешел в металлическое состояние при достигнутом на наковальне давлении в 425 гигапаскалей.
Раньше металлическое состояние водорода было рассчитано эмпирически, было выдвинуто предположение, что в центре планет-гигантов Юпитера и Сатурна он находится именно в этом виде.
Состояние водорода в наковальне контролировалось визуально – через алмазы пропускался инфракрасный луч, который свободно проходит через водород в газообразном состоянии и отражается от металлического.
Вот так выглядит помещаемая в пресс ячейка с алмазной наковальней внутри - она небольшая, умещается в руке.
Следующим шагом, который планирует лаборатория – эксперимент, доказывающий, что при сверхвысоком давлении водород в металлическом своем состоянии будет проводить электричество.
Металлический водород – вещество, о котором уже много лет мечтают и физики и химики, по расчетам, это будет тот самый сверхпроводник, причем при комнатной температуре. Кроме того, есть теории, как сохранить полученный металлический водород стабильным, то есть оставить металлом при обычном давлении – и тут открывается столько заманчивых перспектив его использования, что пахнет не одной Нобелевкой.
Вот такие технологические прорывы помогают осуществить чудо природы - алмазы.