تماشای تغییر ساختار اتمی طلا تحت فشار ۱۰ میلیون‌برابر فشار جوی زمین
نوشتهٔ اشلی پی‌کون، آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور
درون سیارات غول‌پیکر می‌تواند به فشارهایی برابر با بیش از یک میلیون برابر فشار جوی زمین برسد. به‌دلیل این فشار شدید، مواد می‌توانند ساختارها و ویژگی‌های غیرمنتظره‌ای اتخاذ کنند. درک ماده در این بازه، نیازمند آزمایش‌هایی است که مرزهای فیزیک را در آزمایشگاه به چالش می‌کشند.
در مقاله‌ای تازه منتشر شده در Physical Review Letters، پژوهشگران آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور (LLNL) و همکارانشان چنین آزمایش‌هایی را بر روی طلا انجام دادند و به بالاترین فشار اندازه‌گیری ساختاری که تا به حال برای این ماده ثبت شده دست یافتند. نتایجی که نشان می‌دهند طلا ساختار خود را تحت فشار ۱۰ میلیون‌برابر فشار جوی زمین تغییر می‌دهد، برای مدل‌سازی سیارات و علم هم‌جوشی اساسی هستند.
«این آزمایش‌ها بازآرایی‌های اتمی را که در برخی از شدیدترین فشارهای قابل دستیابی در آزمایش‌های آزمایشگاهی رخ می‌دهند، آشکار می‌سازند»، اظهار کرد علم‌دان و نویسنده LLNL، ایمی کولمن.
طلا یک ماده مرجع رایج برای علم فشارهای بالا است. به‌دلیل پایداری شیمیایی و آسانی تشخیص آن با اشعه‌های ایکس، اغلب برای کالیبر کردن اندازه‌گیری‌های ایستای فشار استفاده می‌شود. رفتار آن در شرایط فشار پایین نسبتاً به‌خوبی شناخته شده است، اما در زمینه فشارهای افراطی اختلافات تاریخی وجود داشته است.
«اطلاع دقیق از رفتار طلا تضمین می‌کند که هر آزمایش دیگری که از آن به عنوان استاندارد کالیبراسیون استفاده می‌کند، از درک مستحکم و معتبر از رفتار طلا بهره‌مند باشد»، افزود کولمن.
اما دستیابی به این فشارها به‌شدت دشوار است. برای به‌دست آوردن اندازه‌گیری‌هایشان، نویسندگان پالس‌های لیزری ویژه‌ای را در مرکز ملی احتراق (NIF) و سامانه لیزری OMEGA EP در دانشگاه روتچستر ایجاد کردند. این پالس‌ها امکان دسترسی به فشارهای بسیار بالا را در دماهای پایین‌تری که طلا همچنان در حالت جامد باقی می‌ماند، فراهم کردند.
این فرآیند همچنین به زمان‌بندی فوق‌دقیق نیاز داشت؛ به‌طوری‌که تصاویر پراش اشعه ایکس در مقیاس اتمی در یک نانوثانیه (یک میلیاردم ثانیه) گرفته شد.
«به‌تازگی فقط تسهیلاتی مانند NIF توانسته‌اند هم فشارهای موردنظر را خلق کنند و هم تصویر واضحی از آنچه درون نمونه از اتم‌ها اتفاق می‌افتد بگیرند»، گفت کولمن. «این اولین نگاه قطعی به ساختار بلوری طلا زیر چنین فشارهای شدید است و سرانجام تناقض‌های دیرینه بین نظریه و آزمایش را برطرف می‌کند».
در شرایط عادی، اتم‌های طلا در ساختاری به نام شبکه مکعبی با مرکز وجه (face‑centered cubic) مرتب می‌شوند. این شبکه اتم‌ها را در هر راس و در مرکز هر وجهی از یک مکعب دارد. پژوهشگران دریافتند که این ساختار تا فشارهای بسیار بالاتر از پیش‌بینی برخی مدل‌ها پایدار است. این تنها فاز طلا تا حدود دو برابر فشار هستهٔ زمین حضور داشته است.
فراتر از این نقطه، طلا شروع به تغییر کرد. برخی از اتم‌های طلا به ساختار مکعبی با مرکز بدنی (body‑centered cubic) تبدیل شدند که در آن اتم‌ها در هر راس مکعب و یک اتم در مرکز دقیق آن قرار دارند. اما بخشی از ساختار اصلی مکعبی با مرکز وجه نیز همچنان باقی ماند، که نشانگر هم‌زیستی این دو حالت بود.
«این آزمایش‌ها اندازه‌گیری‌های ساختاری طلا را به حوزهٔ ترتاپاسکال گسترش می‌دهند و نیاز به ابزارهای تشخیص دما برای دقیق‌سازی مرزهای فازی را برجسته می‌کنند»، گفت کولمن. «آنها پایه‌ای مستحکم‌تر برای استفاده از طلا به‌عنوان استاندارد فشار بالا و برای بررسی ماده تحت شرایط افراطی فراهم می‌کنند».
اطلاعات بیشتر: امی ال. کولمن و همکاران، تحول فاز مکعبی با مرکز بدنی در طلا تحت فشار ترتاپاسکال، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/yzzv-2w81
اطلاعات مجله: Physical Review Letters
ارائه‌شده توسط آزمایشگاه ملی لورنس لیورمور
ارجاع: تماشای تغییر ساختار اتمی طلا تحت فشار ۱۰ میلیون‌برابر فشار جوی زمین (۲۰۲۵، ۲۰ نوامبر) استخراج شده در ۲۴ نوامبر ۲۰۲۵ از https://phys.org/news/2025-11-gold-atomic-million-earth-atmospheric.html