Топљење злата са ласерима може задржати кључ за преживљавање површине Венере

Злато има доста прилично хладних индустријских апликација. НАСА га користи да заштити астронауте од космичког зрачења облажући визире својих свемирских кацига. Комерцијална електроника такође користи контактне тачке од злата до плоче да би спречила статику и корозију. Али ово може бити само почетак, каже група истраживача са Станфорда који злоупотребљавају ласерске зраке да би разумјели колико је сјајни метал заиста у стању.

"Сада можемо стварно да видимо шта се дешава на атомској скали", каже физичар плазме Сиегфриед Глензер, директор одељења Хигх-Енерги-Денсити на СЛАЦ-у. Инверсе. "То је веома значајно."

Визуализација злата на атомској скали захтева низ технолошких открића, али то је управо оно што је недавно урадила Национална лабораторија за акцелерацију на Станфорд Линеар Аццелератор Центру (СЛАЦ), што је захтевало развој уређаја који би могао да гледа шта се дешава са тим појединачним атомима. злата у временском оквиру који се налази близу 100 фемтосекунди (што значи 100 милионитика од милијардити део секунде).

"Раније", каже Глензер, "ми смо имали микроскоп и имали смо све више и више побољшаних алата, али ово је сада први пут да можемо видети шта атоми раде, где се атоми налазе, а затим мерити. како се атоми крећу - где атоми иду док узбурујемо материјал."

"Екците", овде, је пристојан термин за минирање злата са пулсирајућим ултраљубичастим снопом све док не достигне температуре које се приближавају онима дубоко унутар Земљиног плашта, близу његове растаљене вањске језгре. (Злато добија око 3500 К ± 500 К - или између 4900 до 6700 степени Целзијуса. Тачка топљења злата је 1948 степени Фаренхајта.)

Да би заиста ухватили оно што се дешавало са златом док се то топило, у основи су морали да направе прецизну, "успорену камеру" својеврсне. То на атомској скали значи да је тим на СЛАЦ-у одбацио много невероватно брзих електрона од топљења злата и онда измерио како се ти електрони понашају, процес који се зове ултрабрза дифракција електрона (УЕД).

Према Глензеру, “Отпустите ласерски зрак на бакар, извадите електроне, ухватите оне електроне у електромагнетном пољу, и тако даље. Онда убрзај.

Глензерова група је заправо позајмила слободни електронски ласер који су му били потребни из објекта Станфордовог Линац Цохерент Лигхт Соурце (ЛЦЛС).

"Имали су, као, резервни пиштољ, и било нам је дозвољено да користимо тај резервни пиштољ да направимо УЕД."

Шта можемо научити топљењем злата

Дакле, како се злато топи када га запалите ултраљубичастим ласером? Група је открила да су се региони злата са конзистентно распоређеним атомима у добро организованој кристалној решетки последњи пут истопили, након што су се све неорганизованије области између тих хомогених подручја прво истопиле. Мало је као коцке леда, ако сте икада видели ситне комаде леда које се топи брже од великих блокова леда.

Разумијевање како ове црте кристалне решетке у златном првом лому и онда растапају - и само генерално реагују на енергетско бомбардовање - требало би да помогне научницима и инжењерима да дизајнирају боље заштитне златне материјале за свемирска путовања, као и за будуће експерименте фузионог реактора.

"У свемиру је окружење прилично оштро", каже Мианзхен Мо, постдокторски истраживач на Станфорду који се фокусира на молекуларну геометрију "топлог густог злата" и који је играо кључну улогу у овом истраживању. „Постоје супер-енергетске честице, јони и протони. Дакле, те честице ће, као, погодити ваш свемирски брод - и те интеракције, бомбардовање, могу стварно промијенити својства материјала."

Мо је рекао Инверсе он очекује да ће методе посматрања УЕД-а бити коришћене и са другим специјалним материјалима који су дизајнирани за простор и друге екстремне услове. Као пример, он је поменуо полупроводнике од силицијум-карбида које Станфордска Самура Мотивала истражује са НАСА-ом за употребу у сонди која може да преживи на Венериној површини од 864 степена Целзијуса.

"Раније", каже Глензер, "послали су уређај на Венеру. Мислим да је то била руска сонда. Преживело је два минута, а онда је готово.

„И, у ствари, услови на Венери су још увек прилично у поређењу са фузионим реакторима. Фузиони реактори би били много екстремнији.

Међутим, високотехнолошки материјали нису једина област научне истраге која би могла имати користи од УЕД-а. Истраживање Глензера и Моа, које је провео Станфорд у име Уреда за науку Министарства вањских послова САД-а, објављено прошлог петка у Наука могли би се проширити и на друга подручја гдје би проматрање ултрабрзих (и врло малених) атомских активности тијеком молекуларних реакција могло бити корисно.

„Људи су почели да користе УЕД такође да проучавају хемијске реакције, проучавају реакције које су важне у биологији“, каже Глензер. "Мислим да је ово само почетак."