"Nghiền nát" vàng dưới áp suất gấp 10 triệu lần Trái Đất, nhà khoa học kinh ngạc với "thứ chưa từng thấy"

"Nghiền nát" vàng ở áp suất gấp 10 triệu lần áp suất khí quyển Trái Đất: Để làm gì?

Các nhà nghiên cứu Mỹ vừa ghi lại được hình ảnh chi tiết nhất từ trước đến nay về cách cấu trúc nguyên tử của vàng thay đổi dưới áp suất cao nhất từng đạt được trong phòng thí nghiệm ở cấp độ nguyên tử trong vòng một phần tỷ giây.

Những phát hiện mới cung cấp cái nhìn sâu sắc hiếm có về cách vật chất hoạt động bên trong các hành tinh khổng lồ và trong môi trường áp suất cao. Đây là một trong những cách để các nhà khoa học hiểu rõ về phản ứng tổng hợp hạt nhân (phản ứng nhiệt hạch), IE thông tin ngày 21/11.

Đối với các nhà khoa học, năng lượng nhiệt hạch từ phản ứng cùng tên là "chén thánh" trong lĩnh vực năng lượng sạch của loài người.

Hàng thập kỷ qua, con người vẫn mơ một ngày sở hữu nguồn năng lượng sạch không phóng xạ và vô hạn này. Đó là lý do, giới khoa học chưa một ngày ngừng tìm hiểu về nhiệt hạch.

Cụ thể thì người Mỹ đã làm gì với vàng?

Các thí nghiệm được thực hiện bởi Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Livermore (LLNL) của Mỹ phối hợp với các tổ chức khác.

Bằng cách nghiền nát vàng dưới áp suất gấp gấp 10 triệu lần áp suất khí quyển của Trái Đất, nhóm nghiên cứu đã thực hiện phép đo cấu trúc áp suất cao nhất từng được ghi nhận cho vật liệu này.

Những quan sát này giải quyết những mâu thuẫn lâu đời về hành vi của vàng dưới áp suất cực đại và hoàn thiện việc sử dụng vàng làm tài liệu tham khảo trong khoa học áp suất cao, như phản ứng hợp hạch.

Nhà khoa học và tác giả nghiên cứu tại LLNL, Amy Coleman cho biết: "Những thí nghiệm này khám phá ra sự sắp xếp lại nguyên tử xảy ra ở một số áp suất cực đại có thể đạt được trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm".

Nén vàng dưới sức ép phi thường, nhà khoa học phát hiện điều kinh ngạc

Áp suất bên trong các hành tinh khổng lồ có thể vượt quá 1 triệu lần áp suất khí quyển của Trái Đất, buộc vật chất phải tuân theo những sắp xếp nguyên tử không quen thuộc. Việc tái tạo những điều kiện đó trên Trái Đất đòi hỏi các cơ sở có khả năng truyền các xung năng lượng mạnh mẽ và được định hình chính xác.

Để đạt được dải áp suất cần thiết, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các xung laser được điều chỉnh tại Cơ sở Đốt Cháy Quốc gia (NIF) và Hệ thống Laser OMEGA EP tại Đại học Rochester, Mỹ.

Dưới điều kiện bình thường, các nguyên tử vàng sắp xếp theo cấu trúc lập phương tâm mặt (FCC), nơi các nguyên tử nằm ở các góc của một hình lập phương và ở trung tâm của mỗi mặt lập phương. Cấu trúc này có độ đặc khít cao nhất trong các mạng tinh thể lập phương, đạt khoảng 74%, và đặc trưng cho nhiều kim loại như nhôm, đồng, niken, chì và vàng. Do đó, FCC khá ổn định.

Nhưng dưới áp suất cực cao, các nhà nghiên cứu quan sát thấy những dấu hiệu đầu tiên của sự thay đổi cấu trúc. Một số nguyên tử sắp xếp lại thành cấu trúc lập phương tâm khối (BCC), trong đó các nguyên tử nằm ở mỗi góc lập phương với một nguyên tử ở trung tâm.

Điều quan trọng là, mẫu FCC ban đầu không biến mất hoàn toàn. Thay vào đó, kết quả cho thấy bằng chứng về sự tồn tại đồng thời của cả hai cấu trúc FCC và BCC dưới sự nén ép cực đoan nhất đạt được trong nghiên cứu.

Kết quả đáng kinh ngạc này khiến các nhà khoa học LLNL như "không tin vào mắt mình". Sự đồng tồn tại này cung cấp cái nhìn rõ ràng hơn về cách vàng chuyển tiếp giữa các cấu trúc và cung cấp nền tảng vững chắc hơn cho các nghiên cứu áp suất cao trong tương lai, tăng cường sự tự tin vào các thí nghiệm thăm dò điều kiện trong lõi Trái Đất, đến thiết kế vật liệu mới và trong vật lý năng lượng cao.

Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Physical Review Letters.