متراکم ساختن سریع سیلیکا تا فشار ۳۶ گیگاپاسکال و بالاتر، این ماده را از یک ماده‌ی بی‌شکل به یک بلور چهاروجهی تبدیل می‌کند.

دی‌اکسید سیلیکون (SiO₂) که به سیلیکا معروف است، مدلی است برای مطالعه‌ی چگونگی تغییر مواد بی‌شکل وقتی تحت تاثیر فشارهای بالا قرار می‌گیرند. با این حال برخلاف دهه‌ها آزمایش، پژوهش‌گران هنوز به طور دقیق موفق نشده‌اند فازهای مختلف فشاربالایی را که در آن گذارهای دی‌اکسید سیلیکون تحت تراکم سریع به خود می‌گیرند را تعریف کنند. در آزمایش‌های جدیدی که توسط ، سالی جون تریسی (Sally June Tracy) از دانشگاه پرینستون در نیوجرسی و همکارانش انجام شده، با استفاده از تراکم شوکی در یک سینکروترون اشعه‌ی ایکس، تبدیل SiO₂ از یک ماده‌ی بی‌شکل به یک بلور در فشار ۳۶ گیگاپاسکال را مشاهده کرده‌اند. آن‌ها همچنین ساختار فاز بلوری را که در کمتر از یک میلی‌ثانیه تشکیل می‌شود، را تعیین کرده‌اند. این نتایج مدل‌های برخورد و انفجار شهاب‌سنگ‌ها را در پوسته‌ی زمین، جایی‌که SiO₂ فراوان‌ترین اکسید است، بهبود می‌بخشد.

S. J. Tracy et al., Phys. Rev. Lett. (2018)

تریسی و همکارانش «گلوله‌های» پلاستیکی را بر یک بره‌ی شیشه‌ی SiO₂ شلیک کرده و بر تغییرات ساختار ماده با استفاده از پراکندگی اشعه‌ی ایکس نظارت کرده‌اند. این تیم با تغییر سرعت گلوله‌ها، فشار موج شوکی ایجاد شده در نمونه‌ی SiO₂ را با برخورد گلوله‌ها کنترل کرده‌اند. در فشارهای پایین‌تر از ۳۴ گیگاپاسکال هیچ پیکی در داده‌ها مشاهده نمی‌شود که نشان می‌دهد ماده، شیشه‌ای باقی می‌ماند. در فشارهای ۳۶ گیگاپاسکال و بالاتر پیک‌های تیزی دیده شده‌اند که نشان از این دارد که این ماده به یک بلور تبدیل شده است. با مقایسه‌ی داده‌های تجربی و پیش‌بینی‌هایی از شبیه‌سازی‌ها که این تیم مشخص کرده‌اند، این فاز بلوری ساختار استیشوویت (stishovite) دارد؛ یک شکل چهار‌وجهی از SiO₂ که معمولا در عمق گوشته‌ی زمین یافت می‌شود.

SiO₂ ساده‌ترین نوع در میان دیگر سیلیکات‌ها (مثل فلدسپارها و اولیوین) در لایه‌های زمین است. بنابراین این نتایج به پژوهش‌گران برای درک رفتار شوکی تراکمی سنگ‌های مایرید و مواد معدنی کمک می‌کند.

این پژوهش در مجله‌ی فیزیکال ریوی لترز انتشار یافته است.

منبع: