Co to jest kowadło diamentowe?

Diamentowe ogniwo kowadełka to maszyna używana przez fizyków do poddawania próbek ekstremalnie wysokim ciśnieniom (do ~ 360 gigapaskali) w celu zbadania ich właściwości, w tym przejść fazowych, wiązań atomowych, poziomów lepkości i dyfrakcji oraz struktury krystalograficznej. Diamentowe ogniwa kowadeł mogą symulować ciśnienie milionów atmosfer, odtwarzając warunki podobne do tych w centrum Ziemi lub wewnątrz gazowych gigantów. Są to jedyne urządzenia laboratoryjne zdolne do tworzenia form zdegenerowanych materii, takich jak wodór metaliczny.

Diamentowe ogniwa kowadełka działają na prostej zasadzie - wywierając dużą siłę na niewielką powierzchnię, można uzyskać ogromny nacisk netto. Diamentowe kowadło, następca kowadeł wykonanych ze stopu węglowo-wolframowego, zostało wynalezione przez badaczy Weira, Lippincott, Van Valkenburga i Buntinga pod koniec lat 50. XX wieku w ramach ich pracy w National Bureau of Standards (NBS). Oprócz tego, że jest najtwardszym dostępnym materiałem i praktycznie nieściśliwym, diament jest przezroczysty, co ułatwia oglądanie eksperymentalnych próbek podczas ich ściskania. Pomaga także w przeprowadzaniu eksperymentów spektroskopowych.

Trzy główne elementy tworzą ogniwo kowadła diamentowego. Najpierw są dwa nieskazitelne diamenty o masie od 1/8 do 1/3 karatów, o równoległych twarzach naprzeciw siebie. Stłuczka, miejsce, w którym stykają się dwa diamenty, ma zwykle średnicę około 0,6 mm. W przypadku eksperymentów wymagających jeszcze wyższych ciśnień stłuczkę można jeszcze zmniejszyć.

Drugim elementem ogniwa kowadła diamentowego jest urządzenie wywierające siłę, dociskające diamenty do siebie z obu stron. Mogą to być śruby, które dociskają, dociskanie gazu do membrany lub proste ramię dźwigni. Trzecim elementem diamentowego kowadła jest metalowa uszczelka otaczająca obwód stłuczki, zawierająca próbkę i zapewniająca odporność na ściskanie na krawędziach, zmniejszająca możliwość uszkodzenia kowadła.

Diamentowe ogniwo kowadełka jest ważnym urządzeniem, które pozwala nam symulować ciśnienia, których w innym przypadku nigdy byśmy nie widzieli, dając nam dostęp do świata materiałów, które w innym przypadku byłyby niemożliwe do zaobserwowania.