Cómo los diamantes y la luz miden presiones colosales ⚡ экспресс
Se presenta un método de microscopía óptica de campo amplio para mapear la distribución de presión en una celda con yunques de diamante a una presión de aproximadamente 20 GPa. Como sensores cuánticos se utilizan centros de nitrógeno-vacante en nanodiamantes. Los espectros de resonancia magnética detectada ópticamente se analizan mediante modelos que incluyen componentes de tensión hidrostática y uniaxial, lo que permite obtener mapas de presión y del grado de no hidroestaticidad. Se compararon dos métodos de introducción de los nanodiamantes en el medio transmisor de presión; se encontró que el método de inclusión afecta la heterogeneidad de las tensiones. El enfoque desarrollado proporciona una potente plataforma para visualizar fenómenos inducidos por presión y puede extenderse a la medición de otras magnitudes físicas, como los campos magnéticos.
Dentro de la celda de yunque de diamante — una cámara donde dos pirámides de diamante comprimen una gota minúscula de líquido con una fuerza que genera una presión como en el centro de la Tierra —, los científicos esparcieron polvo de diamante de carbono. Cada partícula, del tamaño de un virus, bajo el rayo láser comienza a brillar como una diminuta bombilla, y su luz cambia según cuán comprimido esté el líquido circundante: a mayor presión, el color se desplaza y el brillo aumenta.
Al recolectar la luz de millones de estas partículas centelleantes y analizarla mediante espectroscopía (descomposición en un espectro) y fotometría (medición del brillo), los investigadores vieron por primera vez no solo una cifra promedio, sino un cuadro vivo de irregularidades. La presión se distribuía en manchas, como en un mapa térmico: aparecieron 'puntos calientes' donde la compresión era mucho mayor, amenazando la integridad de la muestra. Antes, tales anomalías solo se podían sospechar.
En el futuro, este método permitirá no solo controlar experimentos a alta presión, sino también estudiar campos magnéticos o modelar los interiores de planetas lejanos. Un hecho sorprendente: las partículas de diamante, soportando colosales 200.000 atmósferas (a las cuales el acero fluye como agua), se comportan como sensores ideales e indestructibles. Registran diferencias de presión de tan solo unas decenas de atmósferas, manteniéndose como faros estables en este infierno extremo.
🎯 Una presión de 20 gigapascales (aproximadamente 200.000 atmósferas) puede transformar grafito blando en diamante; exactamente estas condiciones se crean en las celdas de yunque de diamante.