دنیای فیزیک کوانتومی خودش به اندازه کافی عجیب و غریبه، اما دانشمندها حالا تصمیم گرفتن این عجیب‌وغریب بودن رو ببرن یه مرحله بالاتر! چند نفر فیزیکدان خوش‌ذوق از دانشگاه واشنگتن تو سنت‌لوئیس سنسورهایی ساختن که وقتی زیر فشار ۳۰ هزار برابری نسبت به فشار هوای معمولی قرارشون می‌دن، همچنان کار می‌کنن. یعنی فشار اینقدر بالاست که عملاً همه چی له میشه، اما این سنسورها خب انگار نه انگار.
حالا این سنسورها از چی ساخته شدن؟ اومدن از یه ماده خیلی خاص به اسم “بورون نیترید” استفاده کردن، اونم به صورت ورق‌های شیشه‌ای فوق‌العاده نازک. بورون نیترید یه جور ماده کریستالیه که عملاً نمی‌شکنه.
شاید بپرسین این فشارای عجیب به چه درد می‌خوره؟ خب، دانشمندها همیشه دنبال راه‌هایی هستن تا بتونن رفتار مواد رو وقتی شرایط خیلی عجیب میشه بررسی کنن؛ مثلاً فشارهای عمیق تو هسته زمین یا حتی تو تحقیقات نجومی.
داستان ساخت سنسورها هم جالبه: اومدن با تابش پرتوی نوترون (نوترون radiation beam یعنی پرتوی خیلی قوی‌ای که نوترون‌ها رو به ماده می‌زنه) اتم‌های بورون رو سر جای خودشون جابجا کردن. وقتی این اتم‌ها جابجا میشن، جای خالیشون یه تله برای گرفتن الکترون درست می‌کنه. این الکترون‌ها تو شرایط کوانتومی هر وقت اتفاقی تو مغناطیس محیط، استرس (یعنی همون فشار)، یا دما بیفته، رفتار اسپین‌شون تغییر می‌کنه. اسپین هم همون خاصیت مغناطیسی الکترونه که تو فیزیک کوانتوم خیلی مهمه. باش ردیابی‌اش کنی، یه عالمه اطلاعات در مورد مواد بهت میده.
قبل‌تر، همین گروه سنسورهای مشابه رو تو الماس ساخته بودن (این سنسورها الان تو دانشگاه WashU واسه میکروسکوپ‌های کوانتومی الماسی استفاده میشه). ولی خب مشکل الماس اینه که سه‌بعدیه و شاید نزدیک سنسور به ماده‌ای که می‌خوای بررسی کنی، نتونه قرار بگیره.
ولی بورون نیترید یه مزیت توپ داره: ضخامتش کمتر از ۱۰۰ نانومتره! نانومتر یعنی یک میلیاردیم متر، چیزی حدود هزار برابر نازک‌تر از موی سر خودمون! یک جورایی سنسور و ماده تقریباً چسبیده‌ان بهم.
البته حتی با این سنسورهای خفن، برای اعمال اون حجم از فشار باید ابزار درست درمونی داشت. برای همین همون تیم اومد “سندان الماسی” (diamond anvil) ساختن: یه سطح تخت فسقلی حدوداً ۴۰۰ میکرومتر که نمونه رو باهاش له می‌کنن! (۴۰۰ میکرومتر یعنی کمتر از نیم میلی‌متر!) راز ایجاد فشار بالا همیشه “اعمال نیرو روی سطح خیلی کوچیک” بوده.
همونطور که انتظار می‌رفت، سنسور ابداعی تیم تونست حتی تغییرات خیلی ریز تو میدان مغناطیسی یه آهنربای دوبعدی رو هم ثبت کنه. قراره حالا شروع کنن با نمونه سنگ‌هایی که از جاهای خیلی تحت فشار زمین (مثلاً گوشته یا هسته زمین) جمع شده، آزمایش کنن. این می‌تونه کلی کمک کنه تا بهتر بفهمیم زلزله‌ها و رویدادهای عظیم دیگه چطور اتفاق می‌افتن.
یه کاربرد بامزه دیگه: بررسی ابررساناها (Superconductor یعنی ماده‌ای که وقتی سرد و یا تحت فشارای بالا باشه، جریان برق رو بدون مقاومت از خودش عبور میده. بعضیا هم ادعا دارن که ابررسانای دمای اتاق پیدا کردن، ولی فعلاً خیلی قطعی نیست). تیم می‌گه این سنسورها به ما کمک می‌کنن اطلاعات کافی برای تموم کردن این بحث پیدا کنیم!
خیلی جذابه که این پروژه حاصل همکاری حسابی بین دانشجوها و استادها و حتی کمک یه گرنت (یعنی حمایت مالی) از بنیاد علوم آمریکاست. حتی شش ماه با دانشمندای دانشگاه هاروارد هم دست به یکی کردن تا سنسورها بهتر بشن.
در نهایت، نتایج قرار شده تو ژورنال معتبر Nature Communications چاپ بشه و حالا که این سنسورها همراه با اتاق فشار قوی و سندان الماسی ساخته شدن، فرصت برای کشفای هیجان‌انگیز علمی بیشتر و بیشتر شده! خلاصه که دانشمندها همیشه یه راهی پیدا می‌کنن تا حتی عجیب‌ترین مناطق طبیعت رو هم زیر ذره‌بین خلاقیت و سخت‌کوشی‌شون ببرن.
منبع: +
