Diffusionless (martensitic) phase transition of Fe90Ni10 alloy up to 6 GPa
यह अध्ययन इन-सीटू सिनक्रोट्रॉन एक्स-रे विवर्तन (synchrotron X-ray diffraction) का उपयोग करके यह प्रदर्शित करता है कि Fe90Ni10 मिश्र धातु 6 GPa तक के दबावों के तहत fcc से bcc चरणों में एक विसरणहीन मार्टेंसिटिक संक्रमण (diffusionless martensitic transition) से गुजरती है, जो रूपांतरण तापमान के लिए एक ऋणात्मक दबाव निर्भरता को प्रकट करती है और यह स्थापित करती है कि धीमी रासायनिक पृथक्करण के बजाय यह तीव्र तंत्र, गतिशील घटनाओं के प्रति छोटे ग्रहीय कोर की भौतिक प्रतिक्रियाओं को नियंत्रित करता है।
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हमारे ग्रह के भीतर की कल्पना एक विशाल, उबलते हुए रसोईघर के रूप में करें जहाँ सामग्री मुख्य रूप से लोहा और निकल का एक चुटकी मिश्रण है। गहराई में, दबाव इतना अत्यधिक है कि यह एक पहाड़ द्वारा कुचले जाने जैसा है, और गर्मी ज्वालामुखी से भी अधिक गर्म है। इस चरम वातावरण में, धातु बनाने वाले परमाणु केवल स्थिर नहीं रहते; वे नृत्य करते हैं, विभिन्न क्रिस्टल संरचनाएं बनाने के लिए अपनी स्थितियों को बदलते हैं, ठीक वैसे ही जैसे पानी तापमान के आधार पर बर्फ, तरल या भाप हो सकता है। वैज्ञानिक इन बदलावों को "फेज ट्रांजिशन" (अवस्था परिवर्तन) कहते हैं। यह समझना कि ये धातुएं वास्तव में कब और कैसे अपने नृत्य के कदम बदलती हैं, अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह हमें पृथ्वी, मंगल या यहाँ तक कि छोटे चंद्रमाओं जैसे ग्रहों के कोर (क्रोड) के काम करने के तरीके को समझने में मदद करता है। यदि हम जानते हैं कि धातु कैसे व्यवहार करती है, तो हम समझ सकते हैं कि ग्रह चुंबकीय क्षेत्र कैसे उत्पन्न करते हैं, वे अरबों वर्षों में कैसे ठंडे होते हैं, और वे भूकंप या क्षुद्रग्रह (एस्टरॉयड) के प्रभावों के दौरान क्यों हिलते या गूंजते हैं।
अब, तोहोकू विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम की कल्पना करें जिन्होंने एक विशिष्ट रेसिपी के साथ "प्रेशर कुकर" खेलने का निर्णय लिया: एक मिश्र धातु जो 90% लोहा और 10% निकल से बनी है। वे देखना चाहते थे कि क्या होता है जब आप इस धातु के मिश्रण को 6.2 गीगापास्कल (यह हमारे द्वारा सांस ली जाने वाली हवा के दबाव से लगभग 62,000 गुना है) तक दबाते हैं और इसे लगभग 1,500 केल्विन तक गर्म करते हैं। आमतौर पर, वैज्ञानिकों ने सोचा था कि जैसे-जैसे यह धातु ठंडी होगी, परमाणु धीरे-धीरे इधर-उधर घूमेंगे, एक आरामदायक, संतुलित अवस्था खोजने के लिए अलग-अलग समूहों में विभाजित होंगे। लेकिन इस अध्ययन के लेखकों ने कुछ बहुत अधिक नाटकीय और अचानक पाया। एक धीमी, सुस्त हलचल के बजाय, परमाणुओं ने एक "मार्टेंसिटिक" (martensitic) संक्रमण किया। इसे एक रबर बैंड के अचानक, समन्वित झटके (snap) की तरह समझें। परमाणुओं के पास इधर-उधर भटकने या नए पड़ोसियों को खोजने का समय नहीं था; इसके बजाय, वे सभी एक साथ अपनी स्थिति बदल लेते हैं, जैसे कि लोगों की एक भीड़ अचानक बिना किसी के अपनी जगह छोड़े, एक वर्गाकार गठन से दूसरे आकार में बदल जाए।
शोधकर्ताओं ने पाया कि यह "झटका" एक विशिष्ट तापमान पर होता है जो दबाव बढ़ने के साथ घटता जाता है। उन्होंने एक सीमा रेखा का मानचित्र बनाया जो ठीक से दिखाता है कि यह तीव्र परिवर्तन कब होता है, यह पाते हुए कि इस बदलाव के लिए तापमान पिछले कुछ अध्येशनों के अनुमान से लगभग 200 डिग्री अधिक है। यह अंतर क्यों है? दरअसल, वे पिछले अध्ययन धातु को गर्म करते समय (विपरीत झटका) देख रहे थे, जबकि इस टीम ने इसे ठंडा होते समय (फॉरवर्ड स्नैप) देखा। ठीक वैसे ही जैसे एक भारी दरवाजे को खोलने के लिए उसे धक्का देने में अधिक प्रयास लगता है, उसकी तुलना में उसे बंद होने देने में कम प्रयास लगता है, इन परमाणु झटकों में एक "थर्मल हिस्टेरेसिस" (thermal hysteresis) होता है, जिसका अर्थ है कि परिवर्तन शुरू करने के लिए आवश्यक तापमान इस बात पर निर्भर करता है कि आप किस दिशा में जा रहे हैं।
यह खोज बुध, मंगल, चंद्रमा और गेनिमेड जैसे छोटे ग्रहों के कोर को समझने के लिए एक बड़ी बात है। जबकि ये ग्रह अरबों वर्षों से मौजूद हैं—परमाणुओं के धीरे-धीरे एक पूर्ण, अलग संतुलन में व्यवस्थित होने के लिए पर्याप्त समय—उनके कोर लगातार ज्वार (टाइड्स), संवहन धाराओं (convection currents) और क्षुद्रग्रह के प्रहारों से हिलते रहते हैं। ये तेज़, गतिशील घटनाएं हैं। अध्ययन बताता है कि इन त्वरित, अराजक क्षणों के दौरान, धातु का कोर धीमी हलचल करने का समय नहीं पाता है। इसके बजाय, यह इस अचानक, विसरणहीन (diffusionless) झटके के नियमों के अनुसार व्यवहार करता है। इसका मतलब है कि कोर हमारी सोच से कहीं अधिक लंबे समय तक एक अधिक स्थिर, समान अवस्था में रहता है, जो इन छोटे संसारों की हिंसक घटनाओं के प्रति भौतिक प्रतिक्रियाओं को मॉडल करने के तरीके को बदल देता है। लेखक निष्कर्ष निकालते हैं कि केवल 10% निकल का जुड़ना उस तापमान की सीमा को काफी बढ़ा देता है जहाँ यह समान संरचना स्थिर रहती है, जो एक ढाल की तरह कार्य करता है जो धातु की संरचना को मजबूत रखता है, भले ही चीजें थोड़ी ठंडी हो जाएं या उन्हें ज़ोर से दबाया जाए।
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