"Nghiền" kim cương ở áp suất siêu lớn - gấp 5 lần lõi Trái Đất: Nhà khoa học ngạc nhiên với cảnh tượng trước mắt

Trang Ly |

"Nghiền" kim cương ở áp suất siêu lớn - gấp 5 lần lõi Trái Đất: Nhà khoa học ngạc nhiên với cảnh tượng trước mắt
"Nghiền" kim cương ở áp suất siêu lớn - gấp 5 lần lõi Trái Đất: Nhà khoa học ngạc nhiên với cảnh tượng trước mắt
Ảnh minh họa.

Kim cương có phải là vật liệu siêu bền hay không?

Không ngẫu nhiên mà kim cương được biết đến là loại khoáng sản có độ cứng rất cao, thậm chí cái tên của nó theo tiếng Hy Lạp "Adamas" có nghĩa là "không thể phá hủy". Thứ tôi luyện nên vật chất cứng nhất trong tự nhiên này chính là áp suất và nhiệt độ cực cao (điểm nóng chảy đạt 1200°C).

Trong một loạt các thí nghiệm mới công bố trên Tạp chí Nature, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng kim cương vẫn giữ được cấu trúc tinh thể (cấu trúc lập phương) của chúng ở áp suất cao gấp hơn 5 lần so với lõi Trái Đất.

Nghiền kim cương ở áp suất siêu lớn - gấp 5 lần lõi Trái Đất:  Phát hiện điều không tưởng - Ảnh 1.

Không ngẫu nhiên mà kim cương được biết đến là loại khoáng sản có độ cứng rất cao, thậm chí cái tên của nó theo tiếng Hy Lạp "Adamas" có nghĩa là "không thể phá hủy". Ảnh: Internet

Điều này mâu thuẫn với những dự đoán trước đó cho rằng kim cương sẽ biến đổi thành một cấu trúc khác hơn dưới áp suất cực cao. Chứng tỏ, loại vật liệu này đang trở nên "siêu bền vững" trong mắt các nhà khoa học.

Khám phá này có ý nghĩa đối với việc mô hình hóa các môi trường áp suất cao như lõi của các hành tinh giàu carbon.

Các nhà khoa học khám phá ra điều gì?

Carbon là là nguyên tố phổ biến thứ tư trong vũ trụ, và có thể được tìm thấy trong các hành tinh khác trong Hệ Mặt Trời cũng như các hệ ngoại hành tinh khác. Nó cũng là thành phần chính của tất cả sự sống đã biết trên Trái Đất. Nếu không có nó, chúng ta sẽ không tồn tại; đó là lý do tại sao chúng ta tự coi mình là sự sống dựa trên cơ sở carbon.

Vì vậy, carbon đang được các nhà khoa học thuộc mọi lĩnh vực quan tâm. Tuy nhiên, một nơi có thể tìm thấy carbon - lõi giàu carbon của các ngoại hành tinh (hành tinh ngoài Hệ Mặt Trời) - rất khó nghiên cứu vì chúng rất xa xôi. Khó có thể tái tạo áp suất cao và khi đạt được áp suất cao, do đó vật liệu bị ép rất khó để thăm dò.

Chúng ta biết rằng cacbon có một số dạng thù hình, hoặc cấu trúc biến thể, ở áp suất môi trường xung quanh khác nhau chúng lại có các đặc tính vật lý khác nhau đáng kể. Than củi, than chì và kim cương đều hình thành ở các áp suất khác nhau, với kim cương xuất hiện ở áp suất cao hơn sâu dưới lòng đất, bắt đầu ở khoảng 5 hoặc 6 GigaPascal (GPa).

Áp suất tại lõi Trái Đất lên tới khoảng 360 GigaPascal. Ở áp suất thậm chí còn cao hơn - khoảng 1.000 GigaPascal, gấp hơn 2,5 lần áp suất lõi Trái Đất, các nhà khoa học đã dự đoán rằng carbon sẽ lại biến đổi thành một số cấu trúc mới, những cấu trúc mà chúng ta chưa từng thấy hoặc đạt được trước đây.

Nghiền kim cương ở áp suất siêu lớn - gấp 5 lần lõi Trái Đất:  Phát hiện điều không tưởng - Ảnh 3.

Áp suất tại lõi Trái Đất lên tới khoảng 360 GigaPascal. Ảnh: Internet

Một nhóm do nhà vật lý Amy Lazicki Jenei thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) ở Mỹ dẫn đầu đã thực hiện các thí nghiệm để xem chúng sẽ bền vững hay biến đổi theo mức độ áp suất khác nhau không?

Họ đã sử dụng các xung laser hình dốc để ép một mẫu carbon rắn, tới áp suất 2.000 GigaPascal. Đồng thời, nhiễu xạ tia X phân giải theo thời gian nano giây được sử dụng để thăm dò cấu trúc tinh thể của mẫu carbon rắn này. Điều này làm tăng gấp đôi áp suất trước đó mà tại đó một vật liệu được khảo sát bằng cách sử dụng nhiễu xạ tia X.

Và kết quả đã khiến các nhà khoa học ngạc nhiên.

Nhà vật lý Amy Lazicki Jenei cho biết: "Chúng tôi phát hiện ra rằng, trong những điều kiện này, carbon không biến đổi thành bất kỳ giai đoạn nào được dự đoán trước đó, ngược lại chúng vẫn giữ được cấu trúc kim cương ở áp suất cao nhất.

Các liên kết liên nguyên tử cực mạnh tương tự (đòi hỏi năng lượng cao để phá vỡ), chịu trách nhiệm cho cấu trúc kim cương siêu bền của carbon tồn tại vô thời hạn ở áp suất cao, cũng có khả năng cản trở sự biến đổi của nó ở áp suất trên 1.000 GigaPascal trong các thí nghiệm của chúng tôi."

Nói cách khác, kim cương không giãn trở lại thành than chì khi nó được đưa lên mặt đất từ sâu dưới lòng đất (nghĩa là nó cũng không biến đổi từ áp suất cao hơn đến thấp hơn). Sức mạnh ngăn cản sự đảo ngược đó có thể là lý do tại sao kim cương không sắp xếp lại thành một dạng thù hình khác ở áp suất thậm chí cao hơn áp suất mà nó hình thành.

Khám phá này có thể thay đổi cách các nhà khoa học lập mô hình và phân tích các hành tinh ngoại giàu carbon, bao gồm cả các hành tinh kim cương.

Trong khi đó, có nhiều việc phải làm để hiểu kết quả. Nhóm nghiên cứu không hoàn toàn chắc chắn tại sao kim cương lại mạnh đến vậy - sẽ cần nhiều nghiên cứu hơn để tìm ra lý do tại sao kim cương có thể "sống sót" và bền vững như vậy qua nhiều loại áp suất.

Nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature.

Bài viết sử dụng nguồn: Sciencealert

* Đọc bài cùng tác giả Trang Ly tại đây.

Đọc thêm về:

    Đọc tin tức, xem thế giới động vật tại Soha.Bạn đọc có thể báo tin, gửi bài viết, clip, ảnh về email khampha@ttvn.vn để nhận nhuận bút cao trong vòng 24h. Đường dây nóng: 0943 113 999

    Soha
    Trí Thức Trẻ

    TIN NỔI BẬT SOHA

      Công ty Cổ phần VCCorp

      © Copyright 2010 - 2021 – Công ty Cổ phần VCCorp

      Tầng 17,19,20,21 Toà nhà Center Building - Hapulico Complex,
      Số 1 Nguyễn Huy Tưởng, Thanh Xuân, Hà Nội.
      Email: btv@soha.vn
      Giấy phép số 2411/GP-TTĐT do Sở Thông tin và Truyền thông Hà Nội cấp ngày 31 tháng 07 năm 2015.
      Chịu trách nhiệm nội dung: Ông Nguyễn Thế Tân

      Liên hệ quảng cáo:
      Hotline: 0942.86.11.33
      Email: giaitrixahoi@admicro.vn
      Hỗ trợ & CSKH:
      Tầng 20, tòa nhà Center Building, Hapulico Complex,
      số 1 Nguyễn Huy Tưởng, phường Thanh Xuân Trung, quận Thanh Xuân, Hà Nội.
      Tel: (84 24) 7307 7979
      Fax: (84 24) 7307 7980

      Chat với tư vấn viên