Учени „отгледаха“ минерал в лаборатория, с което решиха 200-годишна геоложка загадка

Доломитът е естествено срещан минерал, който се образува за продължителни периоди от време в геоложка среда. Това е калциево-магнезиева карбонатна седиментна скала, която може да се открие в Доломитовите планини в Италия, Ниагарския водопад, Белите скали на Дувър, Англия и Худу в Юта, САЩ.

Решаване на доломитовия проблем

Той е често срещан в скали на възраст над 100 милиона години, но почти не съществува в по-младите образувания. В продължение на близо 200 години учените се опитват да възпроизведат уникалната му структура лабораторно, но не успяват, което води до така наречения доломитов проблем.

Сега те може би са намерили решение, тъй като са успели да „отгледат“ доломит в учебна лаборатория, след като са разкрили ключова тайна за неговото образуване.

Имитирането на скалата е от ключово значение за разбирането на всички видове минерали, които могат да се използват при разработването на полупроводници, слънчеви панели, батерии и други технологии.

„Ако разберем как доломитът расте в природата, може да научим нови стратегии за насърчаване на кристалния растеж на съвременните технологични материали.“

казва Уенхао Сун, професор по материалознание и инженерство в Университета на Масачузетс и участник в разработката

Ключът към успешното „отглеждане“ на доломит в лабораторията е да се отстранят дефектите в структурата на минерала по време на растежа му. Екипът установи, че може да се справи с този проблем с помощта на вода, както природата го прави с дъжд или приливни цикли.

За да направят това ефективно, учените решават да използват атомни симулации. Те трябвало да разберат колко силно или слабо ще се придържат атомите към съществуващата доломитова повърхност. В този смисъл те трябвало да оценят енергията на всяко отделно взаимодействие между електроните и атомите в развиващия се кристал, за да създадат най-реалистични симулации.

Проверка на теорията

След това те обединяват усилията си с японския университет Хокайдо, за да проведат екскурзия с трансмисионен електронен микроскоп, за да проверят теорията си, че водата наистина може да служи за отстраняване на дефекти от лабораторно отгледаните доломити.

Изследователите и новите им партньори пристъпили към меки импулси на електронен лъч 4000 пъти в продължение на 2 часа, след като потопили малък кристал доломит в разтвор на калций и магнезий. Те установили, че доломитът е нараснал с около 100 нанометра след импулсите – (приблизително 500 000 пъти по-малко от 1 см) и съответстващ на 300 слоя от минерала.

Това е впечатляващо постижение, като се има предвид фактът, че никога преди това в лаборатория не са били създавани повече от 5 слоя доломит.