Горячее поверхности Солнца. Физики впервые точно измерили температуру плавления алмаза
Физики Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса (США) уточнили температуру плавления алмаза и проследили изменения его кристаллической решетки.
Об этом сообщает Science Daily.
Эксперименты проводились на лазерной установке OMEGA Рочестерского университета. Лазерные импульсы генерировали ударные волны, сжимавшие микроскопические образцы алмаза до давления в диапазоне от 600 гигапаскалей до 1,8 терапаскаля. При этом приборы фиксировали температуру, а рентгеновское излучение — состояние кристаллической структуры.
«Нам удалось взять крошечные образцы алмаза и сжать их ударной волной до температур, превышающих температуру поверхности Солнца, и до давлений, превосходящих давление в центрах Нептуна и Урана, — и при этом измерить атомную структуру, температуру, плотность и оптическую отражательную способность», — рассказал руководитель группы ученых Мариус Мийо.
Алмаз плавится при температуре около 7300 кельвинов (около 7030 °C) и давлении 1 терапаскаль. Это заметно ниже предыдущих оценок, которые расходились с квантово-механическими расчетами почти на 20%.
«Хотя было досадно обнаружить, что наши первоначальные измерения температуры ошибались более чем на 1000 градусов, приятно видеть столь резкое улучшение качества данных благодаря нашей новой системе диагностики», — отметил физик лаборатории Джон Эггерт.
С ростом давления дифракционный сигнал ослабевал, пока кристаллический алмаз не исчез полностью. Однако, пока структуру еще можно было определить, она сохраняла кубическую решетку. Предусмотренная теорией промежуточная фаза углерода BC8 не возникла: твердый алмаз и жидкий углерод сосуществовали вплоть до завершения плавления. Переход в фазу BC8 требует разрыва сверхпрочных углеродных связей, и в условиях скоротечного эксперимента алмаз плавится раньше, чем успевает перестроиться.
«Мы полагаем, это происходит потому, что у образца нет времени измениться при получении лишь одного удара, — объяснил Мариус Мийо. — Он остается "заключенным" в структуре алмаза».
Исследование выявило еще одну особенность: при таких давлениях твердый алмаз менее плотен, чем жидкий углерод, поэтому он мог бы плавать на расплаве — подобно льду на воде. Вследствие этого в определенном диапазоне рост давления приводит к снижению температуры плавления. Подобные условия царят в недрах Урана и Нептуна.
Результаты работы вуза опубликовали в журнале Nature Physics,