शोधकर्ताओं ने हीरे को ग्रेफाइट में बदल दिया

पहली बार तथाकथित चित्रांकन का विस्तृत अवलोकन सफल रहा

डायमंड और ग्रेफाइट कार्बन के दो अलग-अलग रूप हैं, जिन्हें आपस में जोड़ा जा सकता है। © DESY / गेसिन बोर्न
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उलटा दुनिया: नए हीरे बनाने के बजाय, शोधकर्ताओं ने रत्नों को ग्रेफाइट में बदल दिया है - महान कार्बन क्रिस्टल के "साधारण" रिश्तेदार। पराबैंगनी लेजर चमक का पहली बार उपयोग करते हुए, वे विस्तार से निरीक्षण करने में सक्षम थे कि कैसे हीरे की क्रिस्टल संरचना बिजली की गति पर ग्रेफाइट संरचना में बदल जाती है। यह उद्योग के लिए विशेष रूप से दिलचस्प है। क्योंकि उसे अपने अनुप्रयोगों के लिए जानना है कि हीरा कितना स्थिर है - और यह कैसे प्रतिक्रिया करता है, उदाहरण के लिए, उच्च दबाव, लेजर बमबारी और गर्मी।

हीरे मूल रूप से उच्च दबाव और गर्मी संपीड़ित कार्बन से ज्यादा कुछ नहीं हैं। उनमें से अधिकांश लगभग 150 से 200 किलोमीटर की गहराई पर पृथ्वी के टीले में बने और फिर प्राइमरी ज्वालामुखियों द्वारा पृथ्वी की पपड़ी में ले जाए गए। उनकी विशेष क्रिस्टल संरचना के कारण, पृथ्वी के आंतरिक भाग से कला के इन कार्यों को आज भी सभी रत्नों में सबसे कीमती माना जाता है।

हालाँकि हीरे को आमतौर पर अमरता का गुण दिया जाता है, लेकिन वे कुछ भी हैं लेकिन अटूट हैं। क्योंकि कुछ शर्तों के तहत, खनिज अपने कम वांछनीय भाई ग्रेफाइट में बदल जाता है - कार्बन का एक रूप भी है, लेकिन एक अलग क्रिस्टल संरचना है। पहली नज़र में, यह वांछनीय नहीं लगता है, वैज्ञानिकों ने अब जानबूझकर कैलिफोर्निया के मेनलो पार्क में नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी "एसएलएसी" के फ्रांज तावेला के बारे में लाया है।

लेजर बमबारी के तहत हीरा

इस उद्देश्य के लिए, शोधकर्ताओं ने ट्राइस्टे में इतालवी फ्री-इलेक्ट्रॉन एक्स-रे लेजर एफईआरएमआई के अल्ट्रा-शॉर्ट फ्लैश के साथ केवल 0.3 मिलीमीटर पतले हीरे की डिस्क को गोली मार दी। इस तरह के गहन लेजर दालों आमतौर पर एक ठोस की क्रिस्टल संरचना को नष्ट करते हैं, एक आंतरिक विकार पैदा करते हैं। हालांकि, हीरा एक अपवाद है: इसकी आंतरिक संरचना को बमबारी द्वारा दूसरे क्रम में बदल दिया जाता है: हीरा ग्रेफाइट हो जाता है।

लेकिन पूरी बात क्यों? "यह पहले से ही सिद्धांत में जाना जाता था कि जब आप पर्याप्त ऊर्जा में गोली मारते हैं तो हीरे का चित्रण होता है, " हैम्बर्ग में ड्यूश्स एलेकट्रोनन-सेंच्रोटन के सह-लेखक स्वेन टोलिकिस बताते हैं। "लेकिन यह नहीं पता था कि वास्तव में यह कैसे हुआ।" क्योंकि हीरा तेजी से औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किया जा रहा है, इसलिए इसकी स्थिरता और चित्रण की प्रक्रिया के बारे में अधिक जानना महत्वपूर्ण है। प्रदर्शन

हीरे से ग्रेफाइट DESY / निकिता मेदवेदेव में चरण परिवर्तन की अनुक्रम

बिजली तेजी से चरण संक्रमण

सिद्धांत रूप में, हीरे से ग्रेफाइट में संक्रमण के लिए दो संभावित रास्ते हैं: तथाकथित थर्मल संक्रमण में, अवशोषित ऊर्जा को हीरे में क्रिस्टल जाली में स्थानांतरित किया जाता है, जब तक कि यह ग्रेफाइट संरचना में नया नहीं हो जाता का आयोजन किया। गैर-थर्मल मोड में, हीरे में इलेक्ट्रॉनों के केवल एक छोटे हिस्से द्वारा ऊर्जा का अवशोषण आंतरिक संभावित सतहों को शिफ्ट करने के लिए पर्याप्त है और इस प्रकार एक पुनर्गठन को ट्रिगर करता है। बाद वाला संस्करण काफी तेज होगा।

अपने प्रयोगों के साथ, शोधकर्ता यह साबित करने में सक्षम थे कि हीरे में चरण संक्रमण गैर-थर्मल है और केवल 150 फेमटोसेकंड लेता है। तुलना करके, एक मादा दोसेकंड एक सेकंड के एक बिलियर्डथ के बराबर होती है। "एक्स-रे फ्लैशेस इलेक्ट्रॉनों को सक्रिय करते हैं, " टेवेला बताते हैं। "जब केवल लगभग 1.5 प्रतिशत इलेक्ट्रॉन एक उत्तेजित अवस्था में होते हैं, तो क्रिस्टल पहले से ही अपने आंतरिक संगठन को बदलना शुरू कर देता है और ग्रेफाइट राज्य में झुकाव करता है।"

"यह पहली बार है कि यह समय-हल तरीके से देखा गया है, " टॉलिकिस पर जोर दिया गया है। टीम के अनुसार, अवलोकन केवल इस सवाल का जवाब नहीं देते हैं कि हीरा ग्रेफाइट में कैसे बदल जाता है। वे उच्च-ऊर्जा विकिरण के तहत ठोस पदार्थों के मूल व्यवहार को समझने के लिए भी एक महत्वपूर्ण कदम हैं। (हाई एनर्जी डेंसिटी फिजिक्स, 2017; डोई: 10.1016 / j.hedp.2017.06.001)

(ड्यूचेस एलेक्रोटेन-सिन्क्रोट्रॉन, 27.11.2017 - DAL)