مشاهدهٔ تغییر ساختار اتمی طلا تحت فشار ۱۰ میلیون بار فشار جوی زمین
نوشتهٔ آشلی پیکون، آزمایشگاه ملی لورنس لویمر
ویرایش توسط گابی کلارک، بازنگری توسط رابرت ایگان
در قلب سیارات بزرگ می‌توان فشارهایی بیش از یک میلیون برابر فشار جوی زمین را تجربه کرد. به‌دلیل این فشار شدید، مواد می‌توانند ساختارها و خواص غیرمنتظره‌ای به‌دست آورند. فهم ماده در این بازهٔ فشار، مستلزم آزمایش‌هایی است که مرزهای فیزیک را در آزمایشگاه به پیش می‌برد.
در مقاله‌ای اخیر که در Physical Review Letters منتشر شد، پژوهشگران در آزمایشگاه ملی لورنس لویمر (LLNL) و همکارانشان این گونه آزمایش‌ها را با طلا انجام دادند و به بالاترین اندازه‌گیری ساختاری تحت فشار که تاکنون برای این ماده به‌دست آمده، رسیده‌اند. نتایج که نشان می‌دهند طلا ساختار خود را تحت فشار ۱۰ میلیون بار برابر فشار جوی زمین تغییر می‌دهد، برای مدل‌سازی سیارات و علم هم‌جوشی بسیار مهم هستند.
«این آزمایش‌ها بازآرایی‌های اتمی را که در برخی از شدیدترین فشارهای قابل دستیابی در آزمایشگاه رخ می‌دهند، آشکار می‌سازند»، گفت دانشمند و نویسندهٔ امی کولمن از LLNL.
طلا یک ماده مرجع رایج در علم فشارهای بالا است. به‌دلیل پایداری شیمیایی‌اش و سهولت شناسایی با پرتوهای ایکس، اغلب برای کالیبر کردن اندازه‌گیری‌های ثابت فشار استفاده می‌شود. رفتار آن در شرایط فشارهای کم به‌طور نسبی به‌خوبی شناخته شده است، اما در فشارهای فوق‌العاده، برخی اختلافات تاریخی مشاهده شده‌اند.
«دقیقاً دانستن رفتار طلا تضمین می‌کند که هر آزمایش دیگری که از آن به‌عنوان استاندارد کالیبراسیون استفاده می‌کند، چه در مطالعهٔ هسته‌های سیاره‌ای باشد و چه در طراحی مواد جدید، بر پایهٔ درک قوی و اعتبارسنجی‌شده‌ای از رفتار طلا استوار باشد»، گفت کولمن.
اما دستیابی به این فشارها به‌شدت دشوار است. برای به‌دست آوردن اندازه‌گیری‌های خود، نویسندگان پالس‌های لیزری ویژه‌ای را در تسهیل‌گاه احتراق ملی (NIF) و سامانه لیزری OMEGA EP در دانشگاه راچستر ایجاد کردند. این پالس‌ها به آنها اجازه دادند تا در دماهای پایین‌تری که طلا همچنان در حالت جامد است، به فشارهای فوق‌العاده بالا دست یابند.
این فرآیند همچنین به زمان‌بندی فوق دقیق نیاز داشت؛ تصاویری از پراش ایکس در مقیاس اتمی در یک میلیاردم ثانیه گرفته شد.
«فقط به‌تازگی تسهیلاتی مانند NIF توانایی ایجاد این فشارها و همزمان ضبط لحظه‌ای از اتفاقات اتم‌ها داخل نمونه را به‌دست آورده‌اند»، گفت کولمن. «این اولین نگاه قطعی به ساختار کریستالی طلا تحت چنین فشرده‌سازی شدیدی است و در نهایت اختلافات دیرینه بین نظریه و آزمایش را حل می‌کند.»
در شرایط عادی، اتم‌های طلا در ساختاری به نام مکعب وجه‌مرکزی (FCC) مرتب می‌شوند. این شبکه شامل اتم‌های قرار گرفته در هر گوشه و در مرکز هر سطح مکعب است. دانشمندان این ساختار را تا فشارهایی بسیار بالاتر از پیش‌بینی برخی مدل‌ها پایدار یافتند. این تنها فاز طلا بود که تا حدود دو برابر فشار هستهٔ زمین باقی ماند.
پس از آن، طلا شروع به تغییر کرد. برخی از اتم‌های طلا به ساختار مکعب بدنه‌مرکزی (BCC) تغییر یافتند، جایی که اتم‌ها در هر گوشهٔ مکعب و یک اتم در مرکز دقیق آن قرار دارند. اما بخشی از ساختار اولیهٔ مکعب وجه‌مرکزی نیز همچنان باقی ماند، که شواهدی بر همزیستی این دو حالت است.
«این آزمایش‌ها اندازه‌گیری‌های ساختاری طلا را به حوزهٔ تراباسکال (TPa) گسترش می‌دهند و نیاز به تشخیص دما برای اصلاح حدود فازها را برجسته می‌سازند»، گفت کولمن. «آنها پایهٔ محکمی برای استفاده از طلا به‌عنوان استاندارد فشارهای بالا و برای کاوش ماده در شرایط حاد فراهم می‌کنند.»
اطلاعات بیشتر: امی ال. کولمن و همکاران، «تبدیل فاز مکعب بدنه‌مرکزی در طلا تحت فشارهای تراباسکال»، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/yzzv-2w81
اطلاعات نشریه: Physical Review Letters
ارائه‌شده توسط آزمایشگاه ملی لورنس لویمر
منبع ارجاع: مشاهدهٔ تغییر ساختار اتمی طلا تحت فشار ۱۰ میلیون بار برابر فشار جوی زمین (2025، 20 نوامبر) بازیابی شده در 22 نوامبر 2025 از https://phys.org/news/2025-11-gold-atomic-million-earth-atmospheric.html
این سند مشمول حق تکثیر است. به‌جز موارد استفادهٔ منصفانه برای مطالعه یا پژوهش خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازهٔ کتبی قابل بازتولید نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاع‌رسانی ارائه شده است.