علوم وتكلنولوجيا وفضاء

الماس الفائق

إيهاب محمد زايد

الماس الفائق

مصر:إيهاب محمد زايد

 

يمكن ضغط الماس إلى شيء أصعب. الآن نحن نعرف كيفية القيام بذلك.

 

اعلان

انطباع فني عن تخليق الكربون BC8، أو ما يسمى بالألماس الفائق.

قد تمهد محاكاة جزيء الكربون المراوغ الذي يترك الماس في الغبار للحصول على صلابته، الطريق لتصنيعه في المختبر.

 

اعلان

ومن المتوقع أن يكون التكوين المعروف باسم المرحلة المكعبة المكونة من ثماني ذرات (BC8) للضغط أكثر مقاومة للضغط بنسبة تصل إلى 30 بالمائة من الماس – وهو أصعب مادة مستقرة معروفة على وجه الأرض.

 

أجرى فيزيائيون من الولايات المتحدة والسويد عمليات محاكاة دقيقة للديناميكيات الجزيئية على كمبيوتر عملاق لمعرفة كيف يتصرف الماس تحت ضغط عالٍ عندما ترتفع درجات الحرارة إلى مستويات من المفترض أن تجعله غير مستقر، مما يكشف عن أدلة جديدة حول الظروف التي يمكن أن تدفع ذرات الكربون إلى الداخل. الماس في هيكل غير عادي.

 

تمت ملاحظة مرحلة BC8 سابقًا هنا على الأرض في مادتين، السيليكون والجرمانيوم. إن استقراء خصائص BC8 التي تظهر في تلك المواد قد سمح للعلماء بتحديد كيفية ظهور المرحلة في الكربون.

 

الطور BC8 للكربون غير موجود على الأرض، على الرغم من أنه يعتقد أنه كامن في الكون في البيئات عالية الضغط في أعماق الكواكب الخارجية. وتشير النظرية إلى أنه أصعب أشكال الكربون الذي يمكن أن يظل مستقرًا عند ضغوط تتجاوز 10 ملايين ضعف الضغط الجوي للأرض. إذا أمكن تصنيعه وتثبيته بالقرب من المنزل، فسيفتح ذلك بعض إمكانيات البحث وتطبيق المواد المذهلة.

 

ويعتقد أن الماس صعب للغاية بسبب تركيبه الذري. إنها مرتبة في شبكة رباعية السطوح – كل ذرة كربون بداخلها مرتبطة بشكل رباعي مع جيرانها الأربعة الأقرب، مما يتوافق مع التكوين الأمثل للإلكترونات الخارجية لذرة الكربون نفسها.

 

يقول الفيزيائي جون إيجيرت من مختبر لورانس ليفرمور الوطني: “يحافظ هيكل BC8 على هذا الشكل المثالي لأقرب جار رباعي السطوح، ولكن بدون مستويات الانقسام الموجودة في البنية الماسية”. “من المرجح أن تكون مرحلة BC8 من الكربون في الظروف المحيطة أصعب بكثير من الماس.”

 

ومع ذلك، على الرغم من أن الكربون BC8 يجب أن يكون قادرًا على التواجد في الظروف المحيطة، إلا أن محاولات تصنيعه في المختبر باءت بالفشل. قام فريق من الباحثين بقيادة الفيزيائي كين نغوين كونغ من جامعة جنوب فلوريدا، بتسخير قوة الحوسبة الفائقة لمحاولة اكتشاف أين كانت تلك المحاولات خاطئة.

 

يعد الكمبيوتر العملاق Frontier الموجود في مختبر أوك ريدج الوطني حاليًا أسرع كمبيوتر عملاق في العالم. باستخدام هذه القطعة الرائعة من الأجهزة، طور الفريق محاكاة تصف التفاعلات بين الذرات الفردية ضمن نطاق عالٍ جدًا من ظروف الضغط ودرجة الحرارة. وبإجراء هذه المحاكاة على فرونتير، تمكنوا من إعادة إنتاج تطور مليارات ذرات الكربون في ظل ظروف قاسية.

 

كشفت النتائج عن سبب صعوبة تحقيق تخليق الكربون BC8.

 

يوضح عالم الفيزياء إيفان أولينيك من جامعة جنوب فلوريدا: “لقد توقعنا أن مرحلة ما بعد الماس BC8 ستكون قابلة للوصول تجريبيًا فقط ضمن منطقة ضيقة ذات ضغط عالٍ ودرجة حرارة عالية من مخطط طور الكربون”.

 

بمعنى آخر، لا يوجد سوى منطقة صغيرة جدًا ذات ضغط مرتفع ودرجة حرارة يمكن أن يتشكل فيها الكربون BC8، وحتى الآن لم تستوف التجارب هذه الشروط. ومن ناحية أخرى، بعد أن عرفنا الآن ما هي تلك الظروف، قد يكون تصنيع الكربون BC8 ممكنًا في النهاية.

 

ينخرط الباحثون حاليًا في تجارب مستوحاة من النظرية في مرفق الإشعال الوطني للقيام بذلك… لذا شاهد هذه المساحة.

 

وقد نشرت النتائج في مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية.

زر الذهاب إلى الأعلى