חימום זהב מוביל להקשחתו ולא לריכוכו

ההיגיון הבריא מלמד אותנו שכאשר אנו מחממים משהו הוא מתרכך – אך צוות חוקרים מאוניברסיטת טורונטו הדגים את ההיפך בדיוק.

ההיגיון הבריא מלמד אותנו שכאשר אנו מחממים משהו הוא מתרכך – אך צוות חוקרים מאוניברסיטת טורונטו הדגים את ההיפך בדיוק. הממצאים שלהם מתפרסמים בכתב-העת המדעי Science בחודש ינואר.

“אומנם זה הפוך להיגיון הבריא, אך הזהב התקשח במקום להתרכך,” אומר החוקר Miller. התוכלו לדמיין נפח המחמם זהב כדי לרקעו ומסתבר לו שהזהב דווקא מתקשח? אך אנו חיממנו את הזהב בקצבי-חימום עצומים – הרבה מעל ביליוני מיליוני מעלות בכל שנייה – טמפרטורה המתקרבת לזו השוררת במרכזי הכוכבים.”

הזהב חומם בקצב שהיה מהיר מדי עבור האלקטרונים מכדי לספוג את האנרגיה העודפת ולהתנגש באטומים שכנים לשם איבוד אנרגיה נוספת זו,” הוא מסביר. “בעקבות כך, האלקטרונים, בממוצע, נמצאים הרחק יותר מגרעיני האטומים ולכן פחות ממסכים את המטען החיובי הגרעיני. למעשה, הקשרים שבין האטומים הופכים לחזקים יותר.”

“סריג זהב מורכב מיוני זהב ואלקטרונים הקשורים אליהם באופן רופף הממסכים את כוחות הדחייה שבין יונים אלו,” מסביר הכותב הראשי Ralph Ernstorfer. כתוצאה מכך, קיימים דווקא כוחות משיכה בין היונים. בניגוד לחומרים אחרים, חימום האלקטרונים בזהב באמצעות פעימות קצרות ביותר של לייזר גורם לחיזוק הקשרים שבין היונים, וכתוצאה מכך מתקבל סריג קשיח יותר בעל נקודת התכה גבוהה יותר.

התוצאה של חיזוק הקשרים בזהב נחזתה באופן תיאורטי. כעת, צפינו בזאת ממש קורה לראשונה,” מסביר החוקר.

החוקרים השתמשו בשיטה המכונה “עֲקִיפַת-אֵלֶקְטְרוֹנִים בפמטושניות” (‘femtosecond electron diffraction’) בכדי לקבל את תצפיותיהם. ניתן לתאר את השיטה הזו כעין מצלמה לקבלת “סרטונים” ברמה האטומית. באמצעות הקרנת פעימות של אלקטרונים, בקצב של פמטושניות, דרך סריג הזהב הדקיק, ניתן לתעד את התנועות האטומיות של היונים בזמן אמת תוך כדי חימום הדגימה בעזרת לייזר. ע”י מדידת קצב החימום, שיעור התנועות האטומיות ונקודת ההתכה הסופית של הגביש, ניתן להסיק מהו השינוי ביציבות הסריג כתוצאה מהפעלת הלייזר.

“כעת יש לנו תצפית ברמה האטומית של מצב נדיר זה, של חומר דחוס מחומם, ואנו מסוגלים לייחס את המבנה הנוזלי הנצפה ליציבות הגדלה של הסריג,” אומר החוקר.

הידיעה מאוניברסיטת טורונטו