钻石砧槽

钻石砧槽。 钻石砧槽。

钻石是科学家最好的朋友,尤其是当科学家需要压缩一种材料时。

克里斯汀·科因著

压力是科学家在国家磁实验室研究的参数之一。爱游戏提现客服研究人员将各种材料放入强大的磁铁中,然后观察当它们受到激光、不同温度、电流或高压时会发生什么。

科学家压缩材料的一种方法是将它们放入一个叫做金刚石砧单元(DAC)的小装置中。专门从事高压实验的MagLab物理学家斯坦·托泽说:“它们不比胡桃夹子更迷人。”

让它变成胡桃夹子。

DAC图金刚石砧单元图。

许多材料在不同的环境中表现不同。例如,铌锡和铌钛在非常低的温度下就会变成超导物质,这就是为什么它们被用来制造超导磁体。这些磁铁需要放在液氦浴中,以保持足够的低温才能运行。

化合物铈铟3 (CeIn3.)也可以变成超导。然而,要做到这一点,你不能只是冻结它:你要挤压它。

就像铌锡需要极低的温度才能达到超导(大约零下460华氏度)一样,CeIn3需要极高的压力:准确地说,是2.5吉帕斯卡(GPa)。帕斯卡是压力的单位,2.5 GPa大约是汽车轮胎压力的12000倍。

你如何安全有效地在这么小的样本上施加这么大的压力?托泽的胡桃夹子登场了。

尽管托泽的特征,钻石砧细胞有点迷人。它们的特点是两颗钻石比你戒指或项链上的任何石头都更纯净、更清晰、更完美。因为它们是自然界最坚硬的物质,它们可以有效地磨平你放在它们之间的任何东西。

钻石并不是MagLab首饰盒中唯一的珍贵宝石:托泽还使用蓝宝石砧板在较低的压力下进行实验,粉碎的红宝石用于测量细胞中的压力。

2014年MagLab报告封面

这个故事刊登在《中国日报》第22卷第1期MagLab报告阅读更多故事来自实验室三年一期的杂志。

MagLab的大部分dac都是在我们的机械车间制作的,使用Tozer设计的旋转扣设计。如图所示,两颗钻石,包裹在扣体,面对对方的尖尖的一面首先。在两点之间非常小的空间里(经过抛光以提供一个小而平坦的表面)有一个垫片,科学家们将一个更小的样本放进去——比人的头发还宽。当系统关闭,旋转锁扣时,端盖迫使两颗钻石相互靠近,将魔鬼从夹在它们之间的任何东西中挤出来。

所有这一切都发生在一个比你的小指还小的包裹里。

科学家们通过压缩材料发现了许多有趣的东西。例如,氢在高压下会变成金属;事实上,木星被认为是由部分浓缩的金属氢组成的。此外,水在不同压力下(最高达100 GPa)会产生10种不同的冰晶。高压也有可能使汽车更高效:甲烷形成密集结构,当受到挤压时,可以让我们在汽车中储存更多的能量。

在MagLab,钻石不仅是华丽的,也是科学的主力。现在这是宝贵的!


感谢MagLab物理学家斯坦·托泽,他是本文的科学顾问。有关此测量技术的更多信息,请访问直流高压页面。

最后修改于2015年4月22日