Как алмазы и свет измеряют гигантское давление ⚡ экспресс
Представлен метод широкопольной оптической микроскопии для картирования распределения давления в ячейке с алмазными наковальнями при давлении около 20 ГПа. В качестве квантовых сенсоров используются азотно-вакансионные центры в наноалмазах. Спектры оптически детектируемого магнитного резонанса анализируются с помощью моделей, включающих гидростатическую и одноосную компоненты напряжений, что позволяет получить карты давления и степени негидростатичности. Проведено сравнение двух способов внесения наноалмазов в среду, передающую давление; обнаружено, что метод включения влияет на неоднородность напряжений. Разработанный подход обеспечивает мощную платформу для визуализации явлений, вызванных давлением, и может быть распространён на измерение других физических величин, например, магнитных полей.
Внутри алмазной наковальни — камеры, где две алмазные пирамидки сдавливают крошечную каплю жидкости с силой, создающей давление как в центре Земли, — учёные распылили алмазную пыль из углерода. Каждая крупинка, размером с вирус, под лучом лазера начинает светиться подобно микроскопической лампочке, и её свет меняется в зависимости от того, насколько сильно сжата жидкость вокруг: выше давление — смещается цвет, растёт яркость.
Собрав свет от миллионов таких мерцающих частиц и проанализировав его методами спектроскопии (разложение на спектр) и фотометрии (измерение яркости), исследователи впервые увидели не просто среднюю цифру, а живую картину неравномерностей. Давление распределялось пятнами, словно на тепловой карте: обнаружились «горячие точки», где сжатие было значительно выше, угрожая целостности образца. Раньше о таких аномалиях могли только догадываться.
В будущем этот метод позволит не только контролировать эксперименты под высоким давлением, но и изучать магнитные поля или моделировать недра далёких планет. Поразительный факт: алмазные пылинки, выдерживая чудовищные 200 000 атмосфер (при которых сталь течёт, как вода), ведут себя как идеальные, неразрушимые датчики. Они фиксируют перепады давления всего в несколько десятков атмосфер, оставаясь стабильными маячками в этом экстремальном аду.
🎯 Давление в 20 гигапаскалей (примерно 200 000 атмосфер) способно превратить мягкий графит в алмаз — именно такие условия создаются в алмазных наковальнях.