اكتشاف جديد في الذهب أذهل علماء الفيزياء

حقق علماء اكتشافا جديدا حول الذهب يدل على خصائص مثيرة للاهتمام يمكن أن تساعدهم في تحسين فهمهم لسلوك العناصر تحت الضغط. وتبين أنه عند تطبيق ضغط التحطيم الشديد بسرعة، بمجرد نانو ثانية، يتغير الهيكل الذري للعنصر، ليصبح أكثر شبها بالمعادن الأقسى من الذهب.

ويعد الذهب عنصرا رائعا ضعيف التفاعل، ومن المتوقع أن يكون هيكله البلوري مستقرا عند ضغوط عالية، بشكل لا يصدق.

ويتبع ترتيب الذرات في الذهب ما يسمى هيكل “وجه مكعب وسطي” (fcc). وأظهرت التجارب السابقة أن هيكل fcc يظل ثابتا في الذهب، حتى عند تطبيق الضغط العالي. ويمكن القول إنها إحدى الخصائص التي تجعل الذهب مفيدا للغاية، لوضع معيار ضغط في تجارب خلايا diamond anvil- الأجهزة المستخدمة لتوليد ضغوط عالية للغاية في المختبر.

وعادة، يجري تطبيق الضغط تدريجيا. ولكن تحت ظروف الضغط المفاجئة، لاحظ العلماء في مختبر “لورنس ليفرمور” الوطني، أمرا مختلفا.

واكتشفوا أنه عند 223 GPa (غيغاباسكال)- أي ما يعادل 2.2 مليون مرة ضغط الغلاف الجوي للأرض عند مستوى سطح البحر- يعاد تشكيل الذهب ليصبح هيكلا محوريا مكعبا أقل كثافة، حيث يترابط الهيكلان مع انتقال المعدن من واحد إلى آخر.

وقال الفيزيائي ريتشارد بريغز، من مختبر لورنس ليفرمور الوطني: “اكتشفنا بنية جديدة من الذهب موجودة في الحالات القصوى- ما يعادل ثلثا الضغط الموجود في مركز الأرض”.

ولم يتوقف فريق البحث عند 223 GPa. فبعد الصدمة الأولية، قاموا بتتبع التغييرات الهيكلية أثناء زيادة الضغط. وعند 262 GPa، اكتملت مرحلة الانتقال وبدأ ذوبان الذهب. وعند 322 GPa- بحدود الضغط الموجود في مركز الأرض تقريبا- أصبح الذهب سائلا تماما، ولم يلاحظ العلماء من قبل هذا المستوى من الضغط.

وأوضح العلماء أن النتائج لها آثار أوسع على التصنيع. على سبيل المثال، يحتوي الحديد إما على بنية fcc أو bcc اعتمادا على درجة حرارته، وهو أمر مهم بالنسبة لتصنيع الصلب.

وكشفت الدراسة أن الذهب خضع لطور انتقال بسبب درجة الحرارة والضغط-. ويشير الجمع بين هياكل fcc و bcc في الذهب، عند 220 GPa في ظل ظروف الصدمة، إلى وجود نقطة ثلاثية- حيث توجد أشكالها الصلبة والسائلة والغازية في حالة توازن.

وخلصت الدراسة إلى أن الاكتشاف قد يساعد على تحسين نماذج تعديل العناصر تحت الضغط الشديد، مع التطلع إلى استخدام النماذج الجديدة لفحص آثار الترابط الكيميائي، للمساعدة في تطوير مواد جديدة يمكن تشكيلها في الحالات القصوى.

ونشرت النتائج الكاملة في “رسائل المراجعة الفيزيائية”.

المصدر: ساينس ألرت