Che cos'è una cella a incudine di diamante?

La cella a incudine di diamante è una macchina utilizzata dai fisici per sottoporre i campioni a pressioni estremamente elevate (fino a ~ 360 gigapascal) allo scopo di ricercare le loro proprietà, tra cui transizioni di fase, legame atomico, viscosità e livelli di diffrazione e struttura cristallografica. Le celle a incudine di diamante possono simulare pressioni di milioni di atmosfere, ricreando condizioni simili a quelle al centro della Terra o all'interno dei giganti gassosi. Sono tra gli unici apparecchi da laboratorio in grado di creare forme di materia degenerata come l'idrogeno metallico.

Le celle a incudine di diamante funzionano secondo un semplice principio: esercitando una grande quantità di forza su una piccola quantità di area, è possibile ottenere un'enorme pressione netta. L'incudine di diamante, successore di incudini in lega di carbonio-tungsteno, fu inventata dai ricercatori Weir, Lippincott, Van Valkenburg e Bunting alla fine degli anni '50 come parte del loro lavoro presso il National Bureau of Standards (NBS). Oltre ad essere il materiale più duro disponibile al momento e praticamente incomprimibile, il diamante è trasparente, il che rende facile visualizzare i campioni sperimentali mentre vengono compressi. Aiuta anche a condurre esperimenti spettroscopici.

Tre componenti principali compongono la cella a incudine di diamante. In primo luogo sono due diamanti impeccabili, con un peso di 1/8 a 1/3 carati, con facce parallele contrapposte. Il culet, il punto in cui i due diamanti entrano in contatto, di solito ha un diametro di circa 0,6 mm. Per esperimenti che richiedono pressioni ancora più elevate, il culet può essere reso ancora più piccolo.

Il secondo componente della cella a incudine di diamante è un dispositivo che esercita forza, premendo i diamanti l'uno contro l'altro da entrambi i lati. Queste possono essere viti che si serrano, pressione di gas contro una membrana o un semplice braccio di leva. Il terzo componente dell'incudine diamantata è una guarnizione metallica che circonda il perimetro del culetto, contenente il campione e fornendo resistenza alla compressione sui bordi, riducendo la possibilità di rottura dell'incudine.

La cella a incudine diamantata è un'apparecchiatura importante che ci consente di simulare pressioni che altrimenti non avremmo mai visto, dandoci accesso a un mondo di materiali che altrimenti sarebbero inosservabili.