Mencairkan Emas Dengan Laser Dapat Memegang Kunci untuk Bertahan dari Permukaan Venus

Emas memiliki banyak aplikasi industri yang cukup keren. NASA menggunakannya untuk melindungi astronot dari radiasi kosmik dengan melapisi pelindung helm luar angkasa mereka. Elektronik komersial juga menggunakan emas ke pelat kontak untuk mencegah statis dan korosi. Tapi ini mungkin hanya permulaan, kata sekelompok peneliti di Stanford yang memukul emas dengan sinar laser untuk memahami sepenuhnya apa yang bisa dilakukan oleh logam mengkilap.

"Kita sekarang dapat benar-benar melihat apa yang terjadi pada skala atom," fisikawan plasma Siegfried Glenzer, direktur divisi High-Energy-Density di SLAC, mengatakan Terbalik. "Itu cukup signifikan."

Memvisualisasikan emas pada skala atom membutuhkan sejumlah terobosan teknologi, tetapi itulah yang dilakukan Laboratorium Akselerator Nasional di Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) baru-baru ini, suatu prestasi yang membutuhkan pengembangan perangkat yang dapat menonton apa yang terjadi pada masing-masing atom. emas pada skala waktu di dekat 100 femtoseconds (artinya 100 juta sepersejuta detik).

"Sebelumnya," kata Glenzer, "kami memiliki mikroskop dan kami memiliki alat yang semakin meningkat, tapi ini benar-benar sekarang adalah pertama kalinya kita bisa melihat apa yang dilakukan atom, di mana atom-atom itu duduk, dan kemudian mengukur bagaimana atom bergerak - ke mana atom pergi saat kita menggairahkan materi."

"Excite," di sini, adalah istilah sopan untuk meledakkan emas dengan sinar ultraviolet berdenyut hingga mencapai suhu yang mendekati mereka yang jauh di dalam mantel Bumi, dekat inti luarnya yang meleleh. (Emas mencapai sekitar 3500K ± 500 K - atau antara sekitar 4900 hingga 6700 derajat Fahrenheit. Titik lebur emas adalah 1948 derajat Fahrenheit.)

Untuk benar-benar menangkap apa yang terjadi dengan emas saat meleleh, mereka pada dasarnya harus membuat semacam "kamera gerak lambat" yang tepat. Apa artinya pada skala atom adalah bahwa tim di SLAC memantulkan banyak elektron yang bergerak sangat cepat dari emas leleh dan kemudian mengukur bagaimana elektron-elektron itu berperilaku, suatu proses yang disebut difraksi elektron ultra cepat (UED).

Menurut Glenzer, “Anda menembakkan sinar laser pada tembaga, Anda mengekstraksi elektron, Anda menangkap elektron-elektron itu dalam medan elektromagnetik, dan sebagainya. Maka Anda mempercepat itu."

Kelompok Glenzer sebenarnya meminjam laser elektron gratis yang mereka butuhkan dari fasilitas Linac Coherent Light Source (LCLS) milik Stanford.

"Mereka punya, seperti, senjata cadangan, dan kami diizinkan menggunakan senjata cadangan itu untuk membangun UED."

Yang Dapat Kita Pelajari dengan Melting Gold

Jadi, bagaimana emas meleleh ketika Anda membakarnya dengan laser ultraviolet? Apa yang ditemukan kelompok itu adalah bahwa wilayah-wilayah emas dengan atom-atom yang ditempatkan secara konsisten dalam kisi-kisi kristal yang terorganisir dengan baik meleleh terakhir, setelah semua daerah yang lebih tidak teratur di antara daerah-daerah yang homogen meleleh terlebih dahulu. Ini sedikit seperti es batu, jika Anda pernah melihat sedikit es meleleh lebih cepat dari balok es besar.

Memahami bagaimana garis-garis kisi kristal dalam fraktur emas pertama dan kemudian meleleh - dan umumnya bereaksi terhadap pemboman energi - harus membantu para ilmuwan dan insinyur merancang bahan emas pelindung yang lebih baik untuk perjalanan ruang angkasa, serta untuk eksperimen reaktor fusi di masa depan.

"Di luar angkasa, lingkungannya cukup keras," kata Mianzhen Mo, seorang peneliti postdoctoral di Stanford yang telah berfokus pada geometri molekul "emas padat hangat" dan yang memainkan peran penting dalam penelitian peleburan emas ini. "Ada partikel super-energetik, ion, dan proton. Jadi, partikel-partikel itu akan, seperti, mengenai pesawat ruang angkasa Anda - dan interaksi itu, pemboman, sebenarnya dapat mengubah sifat material. ”

Mo memberi tahu Terbalik dia berharap metode pengamatan UED juga akan digunakan dengan bahan khusus lainnya yang dirancang untuk ruang dan kondisi ekstrem lainnya. Sebagai contoh, ia menyebutkan semikonduktor silikon-karbida yang telah diselidiki oleh alumni Stanford Samira Motiwala dengan NASA untuk digunakan dalam penyelidikan yang mampu bertahan di permukaan Venus yang 864 derajat Fahrenheit.

“Sebelumnya,” kata Glenzer, “mereka mengirim perangkat ke Venus. Saya pikir itu adalah penyelidikan Rusia. Itu bertahan selama dua menit dan kemudian berakhir."

"Dan, sebenarnya, kondisi di Venus masih cukup baik dibandingkan dengan reaktor fusi. Reaktor fusi akan jauh lebih ekstrem."

Bahan-bahan berteknologi tinggi bukan satu-satunya bidang penyelidikan ilmiah yang mungkin mendapat manfaat dari UED. Penelitian Glenzer dan Mo, yang dilakukan oleh Stanford atas nama Departemen Ilmu Energi AS, dan diterbitkan Jumat lalu di Ilmu, juga dapat berkembang ke bidang lain di mana mengamati aktivitas atom ultra cepat (dan sangat kecil) selama reaksi molekuler mungkin berguna.

"Orang-orang sudah mulai menggunakan UED juga untuk mempelajari reaksi kimia, mempelajari reaksi yang penting dalam biologi," kata Glenzer. "Aku pikir ini baru permulaan."