سلول سندان الماس: تفاوت میان نسخه‌ها

[[پرونده:Diamond Anvil Cell - Cross Section.svg|بندانگشتی|250x250پیکسل| شماتيكشماتیک هسته يكیک سلول سندان الماس. سطوح زیرین (نوک) دو سندان الماس به طوربه‌طور معمول 100-250۱۰۰–۲۵۰ میکرون از هم فاصله دارند. ]]

'''سلول سندان الماس''' ( '''DAC''' ) وسیله ای [[فیزیک فشاربالا|با فشار بالا]] است که در [[آزمایش|آزمایش هایآزمایش‌های علمی]] مورد استفاده قرار می گیردمی‌گیرد. این وسیله فشرده سازی یک قطعه کوچک (ابعاد کوچکتر از [[میلی‌متر|میلی متر]] ) را در فشارهای شدید ،شدید، معمولاً تا حدود 100-200۱۰۰–۲۰۰ [[پاسکال (یکا)|گیگاپاسکال]] امکان پذیر می کندامکان‌پذیر ،می‌کند، اگرچه دستیابی به فشارهای تا 770۷۷۰ [[پاسکال (یکا)|گیگاپاسکال]] (7،700،000۷٬۷۰۰٬۰۰۰ [[بار (یکا)|بار]] / 7.7۷٫۷ میلیون [[اتمسفر (یکا)|اتمسفر]] ) امکان پذیرامکان‌پذیر است. <ref>[http://physicsworld.com/cws/article/news/2012/nov/02/improved-diamond-anvil-cell-allows-higher-pressures-than-ever-before Improved diamond anvil cell allows higher pressures]. ''Physics World'' November 2012</ref> <ref>{{Cite news|url=https://www.sciencedaily.com/releases/2015/08/150824114555.htm|title=Record high pressure squeezes secrets out of osmium: X-ray experiments reveal peculiar behaviour of the most incompressible metal on Earth|work=ScienceDaily|accessdate=2018-10-10|language=en}}</ref>

از این وسیله برای بازسازی فشار موجود در [[سیاره|سیارات]] استفاده شده استشده‌است تا مواد و [[فاز (ماده)|فازهایی]] که در شرایط عادی محیط مشاهده نشدهنشده‌اند، اند ،بررسیبررسی شوند . نمونه هاینمونه‌های قابل توجه شامل [[یخ]] غیر مولکولی [[یخ|X]] ، ,<ref>{{Cite journal|last=Goncharov|first=A. F.|last2=Struzhkin|first2=V. V.|last3=Somayazulu|first3=M. S.|last4=Hemley|first4=R. J.|last5=Mao|first5=H. K.|date=Jul 1986|title=Compression of ice to 210 gigapascals: Infrared evidence for a symmetric hydrogen-bonded phase|journal=[[Science (journal)|Science]]|volume=273|issue=5272|pages=218–230|bibcode=1996Sci...273..218G|doi=10.1126/science.273.5272.218|pmid=8662500}}</ref> نیتروژن پلیمری <ref>{{Cite journal|last=Eremets|first=MI|last2=Hemley|first2=RJ|last3=Mao|first3=Hk|last4=Gregoryanz|first4=E|date=May 2001|title=Semiconducting non-molecular nitrogen up to 240 GPa and its low-pressure stability|journal=[[Nature (journal)|Nature]]|volume=411|issue=6834|pages=170–174|bibcode=2001Natur.411..170E|doi=10.1038/35075531|pmid=11346788}}</ref> و مراحل فلزی [[زنون]] <ref>{{Cite journal|last=Caldwell|first=W. A.|last2=Nguyen, J.|last3=Pfrommer, B.|last4=Louie, S.|last5=Jeanloz, R.|author-link5=Raymond Jeanloz|date=1997|title=Structure, bonding and geochemistry of xenon at high pressures|journal=[[Science (journal)|Science]]|volume=277|issue=5328|pages=930–933|doi=10.1126/science.277.5328.930}}</ref> و [[هیدروژن فلزی|هیدروژن]] است.<ref>{{Cite journal|last=Castelvecchi|first=D.|date=2017|title=Physicists doubt bold report of metallic hydrogen|journal=[[Nature (journal)|Nature]]|volume=542|issue=7639|pages=17|bibcode=2017Natur.542...17C|doi=10.1038/nature.2017.21379|pmid=28150796|doi-access=free}}</ref>

سلول سندان الماس از دو [[الماس]] در جهات مخالف همراه با نمونه فشرده شده بین سطوح زیرین صیقلی (نوک هانوک‌ها) تشکیل شده استشده‌است. فشار ممکن است با استفاده از ماده ای مرجع کنترل شود که رفتار آن تحت فشار شناخته شده استشده‌است. استانداردهای متداول فشار شامل [[یاقوت]] [[فلورسنس|فلورسانس]] ،<ref name="Forman1972">{{Cite journal|last=Forman|first=Richard A.|last2=Piermarini|first2=Gasper J.|last3=Barnett|first3=J. Dean|last4=Block|first4=Stanley|year=1972|title=Pressure Measurement Made by the Utilization of Ruby Sharp-Line Luminescence|journal=Science|volume=176|issue=4032|pages=284–5|bibcode=1972Sci...176..284F|doi=10.1126/science.176.4032.284|pmid=17791916}}</ref> ، و فلزات مختلفی با [[ساختار بلوری|ساختار]] ساده مانند [[مس]] یا [[پلاتین|پلاتین است]] . <ref name="isbn0ISBN 0-12-408950-X">{{Cite book|last=Kinslow, Ray|last2=Cable, A. J.|title=High-velocity impact phenomena|publisher=Academic Press|location=Boston|year=1970|isbn=978-0-12-408950-1}}</ref> فشار تک محوره اعمال شده توسط سلول سندان الماس می تواندمی‌تواند توسط یک ماده انتقال دهنده فشار مانند [[آرگون]] ، [[زنون]] ، [[هیدروژن]] ، [[هلیوم]] ، [[آلکان|روغن پارافین]] یا مخلوطی از [[متانول]] و [[اتانول]] به [[استاتیک شاره‌ها|فشار هیدرواستاتیک]] یکنواخت تبدیل شود. <ref name="jay1">{{Cite journal|last=Jayaraman, A.|year=1986|title=Ultrahigh pressures|journal=Review of Scientific Instruments|volume=57|issue=6|pages=1013–1031|bibcode=1986RScI...57.1013J|doi=10.1063/1.1138654}}</ref> این ماده انتقال دهنده فشار توسط یک واشر و دو سندان الماس محصور شده استشده‌است. نمونه را می توانمی‌توان از درون الماس هاالماس‌ها مشاهده کرد و توسط [[پرتو ایکس|پرتوهای ایکس]] و نور مرئی روشن می شودمی‌شود. در این روش ،روش، [[بلورشناسی پرتو ایکس|پراش پرتو X]] و [[طیف‌سنجی فلورسانس پرتو ایکس|فلورسانس]] ؛ [[جذب (الکترومغناطیس)|جذب نوری]] و [[نورتابناکی]] ؛ [[طیف‌بینی موسباور|طیف بینی موسباور]] ، [[پراکندگی رامان]] و [[پراکندگی بریلوئن]] ؛ نابودی پوزیترون و سایر سیگنال هاسیگنال‌ها را می توانمی‌توان از مواد تحت فشار بالا اندازه گیریاندازه‌گیری کرد. میدان هایمیدان‌های مغناطیسی و مایکروویو را می توانمی‌توان از خارج به سلول اعمال کرد که اندازه گیریاندازه‌گیری [[رزونانس مغناطیسی هسته‌ای|رزونانس مغناطیسی هسته ای]] ، [[رزونانس مغناطیسی هسته‌ای|رزونانس مغناطیسی]] [[تشدید پارامغناطیسی الکترون|الکترونی]] و سایر اندازه گیری هایاندازه‌گیری‌های مغناطیسی را ممکن می سازندمی‌سازند. <ref>{{Cite journal|last=Bromberg|first=Steven E.|last2=Chan|first2=I. Y.|year=1992|title=Enhanced sensitivity for high-pressure EPR using dielectric resonators|journal=Review of Scientific Instruments|volume=63|issue=7|pages=3670|bibcode=1992RScI...63.3670B|doi=10.1063/1.1143596}}</ref> اتصال [[الکترود]] به نمونه اجازه می دهدمی‌دهد تا اندازه گیری هایاندازه‌گیری‌های الکتریکی و [[مغناطومقاومت|مغناطیسی]] و همچنین گرم کردن نمونه تا چند هزار درجه انجام شود. دماهای بسیار بالا را (تا 7000 K) <ref>{{Cite journal|last=Chandra Shekar|last2=N. V.|displayauthors=etal|year=2003|title=Laser-heated diamond-anvil cell (LHDAC) in materials science research|url=http://www.jmst.org/EN/abstract/abstract6706.shtml|journal=Journal of Materials Science and Technology|volume=19|page=518}}</ref> می توانمی‌توان با گرمایش ناشی از لیزر به دست آورد ، آورد،<ref>{{Cite journal|last=Subramanian, N.|displayauthors=etal|year=2006|title=Development of laser-heated diamond anvil cell facility for synthesis of novel materials|url=http://www.iisc.ernet.in/currsci/jul252006/175.pdf|journal=Current Science|volume=91|page=175}}</ref> و خنک کردن تا میلیکلوین هامیلیکلوین‌ها نشان داده شده استشده‌است.

عملکرد سلول سندان الماس به یک اصل ساده متکی است:

که در آن ''P'' فشار، ''F'' نیرو اعمال شده ''و'' ''A'' مساحت است. اندازه هایاندازه‌های معمولی برای سندان هایسندان‌های الماس 100-250۱۰۰–۲۵۰ میکرون است ،است، به گونه ای که با اعمال [[نیرو|نیروی]] متوسط بر روی نمونه با یک ناحیه کوچک ،کوچک، به جای اعمال نیروی زیاد در یک مساحت بزرگ فشار بسیار بالا حاصل می شودمی‌شود. [[الماس]] ماده ای بسیار سخت و تقریباً غیرقابل فشرده سازی است ،است، بنابراین تغییر شکل و خرابی [[سندان|سندان هاییسندان‌هایی]] که نیرو را اعمال می کنندمی‌کنند به حداقل می رسدمی‌رسد.

[[پرونده:First_diamond_anvil_cell.jpg|بندانگشتی|250x250پیکسل| اولین سلول سندان الماس در موزه NIST گیتسبورگ. در تصویر بالا بخشی که بخش مرکزی را فشرده می کندمی‌کند نشان داده شده استشده‌است. ]]

مطالعه مواد در شرایط سخت ،سخت، فشار زیاد و درجه حرارت بالا ،بالا، از روش های گستردهروش‌های ایگسترده‌ای برای دستیابی به این شرایط و بررسی رفتار مواد در حالی که در محیط سخت قرار دارند ،دارند، استفاده می کندمی‌کند. [[پرسی ویلیام بریجمن|پرسی ویلیامز بریدگمن]] ، پیشگام بزرگ تحقیقات فشار بالا در نیمه اول قرن بیستم ،بیستم، با توسعه یكیک دستگاه با سندان هایسندان‌های در جهات مخالف با سطح كوچكکوچک كهکه اهرمی دو سطح را به هم فشار می داد ،می‌داد، در زمینه فشارهای بالا تحولی ایجاد کرد. سندان هاسندان‌ها از [[کاربید تنگستن]] (WC) ساخته شده بودند. این دستگاه می توانستمی‌توانست به [[فشار]] چند [[پاسکال (یکا)|گیگاپاسکال برسد]] و در [[مقاومت و رسانایی الکتریکی|مقاومت الکتریکی]] و اندازه گیریاندازه‌گیری [[ضریب تراکم‌پذیری همدما|تراکم پذیری]] مورد استفاده قرار می گرفتمی‌گرفت. اصول سلول سندان الماس شبیه به سندان هایسندان‌های Bridgman است ،است، اما برای دستیابی به بالاترین فشار ممکن بدون شکستن سندان ها ،سندان‌ها، آنها از سخت ترینسخت‌ترین مواد شناخته شده ساخته شده اندشده‌اند: یک الماس تک[[بلور|کریستالی]]. اولین نمونه هاینمونه‌های ساخته شده در حدود فشار محدود بودند و روش قابل اطمینان برای [[کالیبراسیون]] فشار وجود نداشت.

پس از دستگاه Bridgman ،Bridgman، سلول سندان الماس به همه کاره ترینهمه‌کاره‌ترین دستگاه تولید فشار تبدیل شد که یک ویژگی واحد آن را از سایر دستگاه هایدستگاه‌های فشار جدا می کندمی‌کند. این دستگاه به پیشگامان اولیه [[فیزیک فشاربالا|فشار بالا]] این امکان را میمی‌داد داد كه بهکه طوربه‌طور مستقیم خواص ماده تحت [[فشار]] را مشاهده کنند. تنها با استفاده از [[میکروسکوپ نوری]]، ،میمی توان مرزهای فاز ،فاز، تغییرات رنگ و تبلور مجدد را فوراً مشاهده کرد ،کرد، در حالی که [[بلورشناسی پرتو ایکس|پراش پرتونگاری]] یا طیف سنجیطیف‌سنجی به زمان برای نمایش و توسعه فیلم عکاسی نیاز دارد. آلوین ون والکنبورگ به پتانسیل وجود سلول سندان الماس پی برد در حالی که نمونه ای را برای [[طیف‌بینی فروسرخ|طیف سنجیطیف‌سنجی IR]] آماده می کردمی‌کرد و هم ترازی صفحه هایصفحه‌های الماس را بررسی می کردمی‌کرد.

سلول الماس در [[مؤسسه ملی فناوری و استانداردها|دفتر ملی استاندارد]] (NBS) توسط چارلز ویر ،ویر، الیس لیپیكوتلیپیکوت و المر بانتینگ ساخته شد. در گروه ،گروه، هر عضو روی بخش هایبخش‌های مختلف سلول الماس متمرکز شد. ون بر روی مشاهدات بصری ،بصری، چارلز بر [[ پراش اشعه ایکس |XRD]] و الیس بر [[طیف‌بینی فروسرخ|طیف سنجیطیف‌سنجی IR]] متمرکز شد. این گروه قبل از شروع همکاری در خارج از جمع با محققان دانشگاههاییدانشگاه‌هایی مانند ویلیام باست و تارو تاکاهاشی در [[دانشگاه راچستر|دانشگاه روچستر]]،همکاری، همکاری داشته و هر یک بر تکنیک هایتکنیک‌های خود کاملاً مسلط بودند.

در اولین آزمایش هاآزمایش‌ها با استفاده از سندان الماس ،الماس، نمونه بر روی نوک صاف الماس قرار گرفت و بین صفحه هایصفحه‌های الماس فشرده شد. هرچه صفحه هایصفحه‌های الماس به هم نزدیک تر می شدند ،می‌شدند، نمونه فشرده می شدمی‌شد و از مرکز خارج می شدمی‌شد. با استفاده از [[میکروسکوپ]] برای مشاهده نمونه ،نمونه، مشاهده می شدمی‌شد که یک شیب فشار هموار در سراسر نمونه وجود دارد که بیشتر قسمتهای خارجی نمونه به عنوان نوعی واشر عمل می کردمی‌کرد. نمونه به طوربه‌طور مساوی در سراسر سطح صاف الماس توزیع نشده است ،نشده‌است، اما به دلیل "«فنجانی شدن"» الماس در فشارهای بالاتر در مرکز قرار گرفته استگرفته‌است. این [[پدیده]] فنجانی شدن کشش [[کشسانی|الاستیک]] لبه هایلبه‌های صاف الماس است که معمولاً به آن "«ارتفاع شانه"» گفته می شودمی‌شود. بسیاری از الماس هاالماس‌ها در اولین مراحل تولید یک سلول جدید شکسته شدند و یا هر زمان که یک آزمایش تا [[فشار]] بالاتر جلو برده می شد می‌شد. گروه NBS در موقعیت منحصر به فردی قرار داشت که تقریباً منبع بی پایانی از الماس در اختیار آنها قرار داشت. مأموران گمرک گاه به گاه الماس را از افرادی که قصد قاچاق آنها را به کشور داشتند ،داشتند، مصادره می کردندمی‌کردند. دفع چنین مواد مصادره ای با توجه به قوانین و مقررات می تواندمی‌تواند مشکل ساز باشد. راه حل این بود که اگر سایر آژانس هایآژانس‌های دولتی مورد استفاده قانع کننده ای ارائه می دادند،می‌دادند، این مواد در دسترس آنها قرار می گرفتمی‌گرفت. این الماس هاالماس‌ها به یک منبع بی رقیب تبدیل شدند زیرا سایر تیم هایتیم‌های [[دانشگاه شیکاگو]] ، [[دانشگاه هاروارد]] و [[جنرال الکتریک]] نیز وارد حوزه فشار بالا شدند.

طی دههدهه‌های هایبعد، بعد ، سلول هایسلول‌های سندان الماس به طوربه‌طور متوالی بهبود یافتند ،یافتند، مهمترین نوآوری هانوآوری‌ها استفاده از [[درزبند|واشر]] و کالیبراسیون فشار [[یاقوت]] است . سلول سندان الماس به عنوان قدرتمندترین دستگاه آزمایشگاهی برای تولید فشار بالای استاتیک تکامل یافته استیافته‌است. <ref>{{Cite journal|last=Block, S.|last2=Piermarini, G.|year=1976|title=The Diamond Cell Stimulates High-Pressure Research|journal=Physics Today|volume=29|issue=9|pages=44|bibcode=1976PhT....29i..44B|doi=10.1063/1.3023899}}</ref> دامنه فشار استاتیک قابل دستیابی امروز تا 640 GPa گسترش می یابدمی‌یابد که بسیار بیشتر از فشارهای تخمین زده شده در مرکز زمین (360 GPa ~ 360). <ref>{{Cite journal|last=Dubrovinsky|first=Leonid|last2=Dubrovinskaia|first2=Natalia|last3=Prakapenka|first3=Vitali B|last4=Abakumov|first4=Artem M|year=2012|title=Implementation of micro-ball nanodiamond anvils for high-pressure studies above 6 Mbar6 Mbar|journal=Nature Communications|volume=3|pages=1163|bibcode=2012NatCo...3E1163D|doi=10.1038/ncomms2160|pmc=3493652|pmid=23093199}}</ref>

چندین طرح مختلف سلول سندان الماس وجود دارد اما همه چهار مؤلفه اصلی دارند:

به عملکرد یک بازوی [[اهرم|اهرمی]] ، [[پیچ (ماشین ساده)|پیچ هایپیچ‌های]] محکم کننده یا [[فشار]] [[پنوماتیک]] یا [[هیدرولیک|هیدرولیکی]] که بر روی غشایی اعمال می شودمی‌شود متکی است. در همه موارد ،موارد، [[نیرو]] تک محوره است و به صفحه های (پایه هایپایه‌های) دو سندان اعمال می شود می‌شود.

ساخته شده از [[گوهرسنگ|جواهر]] با کیفیت بالا، الماس بی عیب و نقص، معمولامعمولاً با 16۱۶ جنبه ،جنبه، وزن آنها معمولامعمولاً به 1۱/8۸ به 1۱/3۳ [[قیراط]] (25۲۵ تا 70۷۰ میلی گرممیلی‌گرم) می رسدمی‌رسد. سطح زیرین (نوک) به صورت صاف به یک سطح شش ضلعی موازی با سطح بزرگتر جلا داده شده استشده‌است. سطوح زیرین دو [[الماس]] روبرو یکدیگر هستند و برای ایجاد [[فشار]] یکنواخت و جلوگیری از کرنش هایکرنش‌های خطرناک باید کاملاً [[توازی|موازی]] باشند.سندان هایسندان‌های ویژه برای اندازهاندازه‌گیری‌های گیری های خاص ،انتخابخاص،انتخاب و مورد استفاده قرار می گیردمی‌گیرد. برای مثال ،مثال، جذب کم الماس و تابناکی در آزمایش هایآزمایش‌های مربوطه لازم است.

[[درزبند|واشر]] مورد استفاده در آزمایش سلول الماس ،الماس، یک فویل فلزی نازکنازک، ،معمولاًمعمولاً با ضخامت 0.3۰٫۳ میلی مترمیلی‌متر است که بین الماس هاالماس‌ها قرار می گیردمی‌گیرد. مواد مطلوب برای واشرها فلزات مقاوم و سخت مانند [[رنیوم]] یا [[تنگستن]] هستند . [[فولاد]] اغلب به عنوان جایگزینی ارزان قیمت برای آزمایش هایآزمایش‌های کم فشار استفاده می شودمی‌شود. مواد فوق الذکرفوق‌الذکر را نمی تواننمی‌توان در هندسه هایهندسه‌های پرتوی که [[پرتو ایکس|پرتوی ایکس]] باید از واشر عبور کند ،کند، استفاده کرد. از آنجا که مواد ذکر شده پرتوی ایکس را از خود عبور نمی دهند ،نمی‌دهند، در صورت نیاز به روشن سازی با اشعه ایکس از طریق واشر و عبور اشعه ایکس از آن ،آن، از مواد سبک ترسبک‌تر مانند [[بریلیم|بریلیوم]] ، [[نیترید بور|بورن نیترید]] ، <ref>{{Cite journal|last=Funamori|first=N|last2=Sato|first2=T|year=2008|title=A cubic boron nitride gasket for diamond-anvil experiments|journal=Review of Scientific Instruments|volume=79|issue=5|pages=053903–053903–5|bibcode=2008RScI...79e3903F|doi=10.1063/1.2917409|pmid=18513075}}</ref> [[بور]] <ref>{{Cite journal|last=Lin|first=Jung-Fu|last2=Shu|first2=Jinfu|last3=Mao|first3=Ho-Kwang|last4=Hemley|first4=Russell J.|last5=Shen|first5=Guoyin|year=2003|title=Amorphous boron gasket in diamond anvil cell research|journal=Review of Scientific Instruments|volume=74|issue=11|pages=4732|bibcode=2003RScI...74.4732L|doi=10.1063/1.1621065}}</ref> یا [[الماس]] <ref>{{Cite journal|last=Zou|first=Guangtian|last2=Ma|first2=Yanzhang|last3=Mao|first3=Ho-Kwang|last4=Hemley|first4=Russell J.|last5=Gramsch|first5=Stephen A.|year=2001|title=A diamond gasket for the laser-heated diamond anvil cell|journal=Review of Scientific Instruments|volume=72|issue=2|pages=1298|bibcode=2001RScI...72.1298Z|doi=10.1063/1.1343864}}</ref> به عنوان واشر استفاده می شودمی‌شود. واشرها به وسیله الماسها عقب رانده شده اند شده‌اند و برای ایجاد محفظه نمونه سوراخی در مرکز تورفتگی حفر شده استشده‌است.

ماده انتقال [[فشار]] ، مایعی [[ضریب تراکم‌پذیری همدما|تراکم پذیر]] است که محفظه نمونه را پر می کندمی‌کند و [[نیرو|نیروی]] اعمال شده [[نیرو|را]] به نمونه منتقل میمی‌کند. کند.برای آزمایش هایآزمایش‌های با [[فیزیک فشاربالا|فشار بالا]] فشار هیدرواستاتیک بهتر است زیرا تغییر تنش در طول نمونه می تواندمی‌تواند منجر به مشاهده رفتارهای مختلف تغییر یافته و تادرست شود. در برخی آزمایش هاآزمایش‌ها روابط تنش و کرنش مورد بررسی قرار گرفته و تأثیر نیروهای غیر هیدرواستاتیک مورد نظر است. یک ماده انتقال [[فشار]] خوب تا [[فیزیک فشاربالا|فشار بالا]] مایعی نرم و [[ضریب تراکم‌پذیری همدما|تراکم پذیر]] باقی می ماندمی‌ماند.

یک کاربرد نوآورانه از سلول سندان الماس ،الماس، آزمایش پایداری و دوام زندگی در [[فیزیک فشاربالا|فشارهای بالا]] ، از جمله جستجوی زندگی در [[سیاره فراخورشیدی|سیارات خارج از منظومه شمسی]] است. تست قسمتهای تئوری [[پان‌اسپرمیا|پان اسپرمیا]] (نوعی [[سفر میان‌ستاره‌ای|سفر میان ستاره ای]] ) یکی از کاربردهای سلول سندان الماس است. هنگامی که اجرام بین ستاره ای که شامل اشکال زندگی هستند بر روی یک سیارک برخورد می کنند ،می‌کنند، فشار زیادی حاصل از ضربه وارد می شودمی‌شود و سلول سندان الماس می تواندمی‌تواند این فشار را شبیه سازیشبیه‌سازی و تعیین کند که آیا موجودات زنده می توانندمی‌توانند زنده بمانند. یکی دیگر از دلایلی که سلول سندان الماس برای آزمایش حیات روی سیارات خارج از منظومه شمسی قابل استفاده است این است که سیاراتی که پتانسیل حیات را دارنددارند، ، می توانندمی‌توانند فشار فوق العادهفوق‌العاده ای روی سطح خود داشته باشند.

در سال 2002 ،۲۰۰۲، دانشمندان موسسهمؤسسه کارنگی واشنگتنواشینگتن محدودیت هایمحدودیت‌های فشار برای بقای زندگی را مورد بررسی قرار دادند. سوسپانسیونی از باکتری ها، بهباکتری‌ها، طوربه‌طور خاص ''[[اشریشیا کلی|اشریشیا کولی]]'' ، در سلول الماس قرار داده شد، و فشار به 1.6۱٫۶ گیگا پاسکال افزایش یافت که بیشتر از 16000۱۶۰۰۰ برابر فشار سطح [[زمین]] است (985۹۸۵ هکتوپاسکال). پس از 30۳۰ ساعت ،ساعت، فقط حدود 1٪۱٪ از باکتری هاباکتری‌ها زنده مانده بودند. سپس آزمایشگ کنندگان یک رنگ به محلول اضافه کردند. اگر سلولها از فشرده شدن زنده ماندند و قادر به انجام فرایندهای حیاتیحیاتی، ، مخصوصاٌمخصوصاً تجزیه [[فرمات]] باشند ،باشند، رنگ روشن می شودمی‌شود. 1.6۱٫۶ گیگاپاسکال چنان فشار بزرگی است که در طی آزمایش سلول الماس محلول را به [[یخ|یخ IV]] ، یخ دمای اتاق تبدیل می کندمی‌کند. هنگامی که باکتری هاباکتری‌ها فرمات را در یخ شکستندشکستند، ، کیسه هایکیسه‌های مایع به دلیل واکنش شیمیایی شکل گرفتند. این باکتری هاباکتری‌ها همچنین توانستند با دم خود به سطح DAC بچسبند. <ref name="couz">{{Cite journal|last=Couzin, J.|year=2002|title=Weight of the world on microbes' shoulders|journal=Science|volume=295|issue=5559|pages=1444–1445|doi=10.1126/science.295.5559.1444b|pmid=11859165}}</ref>

افراد مشکوک بحث کردند که آیا تجزیه فرمات برای زنده در نظر گرفتن باکتری هاباکتری‌ها کافی است. آرت یایانوسیایانوس، ، اقیانوس شناساقیانوس‌شناس در انستیتوی اقیانوس شناسیاقیانوس‌شناسی اسکریپس در لا ژولا ، کالیفرنیاژولا، ،کالیفرنیا، معتقد است که ارگانیسم را باید در صورتی زنده در نظر بگیریم که بتواند تولید مثل کند. نتایج بعدی از گروه هایگروه‌های تحقیقاتی مستقل <ref name="vanlint">{{Cite journal|last=Vanlinit, D.|displayauthors=etal|year=2011|title=Rapid Acquisition of Gigapascal-High-Pressure Resistance by Escherichia coli|journal=mBio|volume=2|issue=1|pages=e00130–10|doi=10.1128/mBio.00130-10|pmc=3025523|pmid=21264062}}</ref> اعتبار کار 2002۲۰۰۲ را نشان داده استداده‌است. این یک مرحله مهم است که مجدداً نیاز به یک رویکرد جدید برای مسئله قدیمی مطالعه محیط هایمحیط‌های ناملایم را از طریق آزمایش نشان می دهدمی‌دهد. عملاعملاً بحثی وجود ندارد که آیا زندگی میکروبی می تواندمی‌تواند تا فشارهای 600۶۰۰ مگاپاسکال زنده بماند ،بماند، که در طول دهه گذشته توسط تعدادی از نشریات پراکنده معتبر نشان داده شده استشده‌است. <ref name="sharma">{{Cite journal|last=Sharma, A.|displayauthors=etal|year=2002|title=Microbial activity at Gigapascal pressures|journal=Science|volume=295|issue=5559|pages=1514–1516|bibcode=2002Sci...295.1514S|doi=10.1126/science.1068018|pmid=11859192}}</ref>

آزمایش هایآزمایش‌های مشابه با سلول کم فشار الماس (0.1-600۰٫۱–۶۰۰ مگاپاسکال) ، که دارای کیفیت تصویربرداری بهتر و جمع آوریجمع‌آوری سیگنال است ،است، انجام شد. میکروبهای مورد مطالعه ،مطالعه، ''[[ساکارومایسس سرویزیه|ساکارومایسس سرویشیا]]'' ( ''[[ساکارومایسس سرویزیه|مخمر]]'' نانوا) ، در برابر فشارهای 15-50۱۵–۵۰ مگاپاسکال مقاومت کردند و در 200۲۰۰ مگاپاسکال زنده نماندند. <ref>{{Cite journal|last=Oger|first=Phil M.|last2=Daniel|first2=Isabelle|last3=Picard|first3=Aude|year=2006|title=Development of a low-pressure diamond anvil cell and analytical tools to monitor microbial activities in situ under controlled p and t|url=http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/09/35/86/PDF/Oger_BBA_pro_Formate.pdf|journal=Biochimica et Biophysica Acta|volume=1764|issue=3|pages=434–442–230|doi=10.1016/j.bbapap.2005.11.009|pmid=16388999}}</ref>

آزمایش هایآزمایش‌های [[پراش]] خوب تک کریستال در سلول هایسلول‌های سندان الماس نیاز به چرخش پایه نمونه در محور عمودی ،عمودی، امگا دارد. اکثر سلولهای سندان الماس دارای دهانه بزرگی نیستند که باعث شود سلول به زوایای زیاد چرخانده شود ،شود، باز شدن 60۶۰ [[درجه (زاویه)|درجه]] برای اکثر [[بلور|کریستال هاکریستال‌ها]] کافی است اما زاویه هایزاویه‌های بزرگتر امکان پذیرامکان‌پذیر است. اولین سلولی که برای آزمایش هایآزمایش‌های تک کریستال مورد استفاده قرار گرفت توسط یک دانشجوی فارغ التحصیلفارغ‌التحصیل از [[دانشگاه راچستر|دانشگاه روچستر]] ، لئو مریل طراحی شد. سلول ،سلول، مثلثی با پایه هایپایه‌های [[بریلیم]] بود که الماس هاالماس‌ها روی آن سوار شده بودند. سلول با پیچ و پین هایپین‌های راهنما که همه چیز را در جای خود نگه می داشتندمی‌داشتند تحت فشار قرار می گرفتمی‌گرفت.

== تکنیک هایتکنیک‌های حرارت بالا ==

[[پرونده:High-pressure_experiments.png|بندانگشتی| شرایط قابل دستیابی با استفاده از روشهای مختلف تولید فشار استاتیک. ]]

گرمایش در سلولهای سندان الماس معمولاٌمعمولاً با دو روش گرمایش خارجی یا داخلی انجام می شودمی‌شود. گرمایش خارجی به صورت گرم کردن سندان هاسندان‌ها تعریف می شودمی‌شود و شامل تعدادی گرمکن مقاومتی است که در اطراف الماس یا در اطراف بدنه سلول قرار می گیرندمی‌گیرند. روش مکمل باعث تغییر در دمای سندانسندان‌ها ها نمی شودنمی‌شود و شامل گرمکن هایگرمکن‌های مقاوم که در محفظه نمونه قرار داده شده و گرمایش لیزری است. مزیت اصلی برای گرمایش مقاومتی اندازه گیریاندازه‌گیری دقیق دما با ترموکوپلترموکوپل‌ها ها است ،است، اما محدوده دما توسط خواص الماس محدود است که در هوا و در دمای 700۷۰۰ درجه سانتیگراد اکسید می شود می‌شود<ref name="jay">{{Cite journal|last=Jayaraman, A.|year=1983|title=Diamond Anvil Cell and High-Pressure Physical Investigations|journal=Reviews of Modern Physics|volume=55|issue=1|pages=65–108|bibcode=1983RvMP...55...65J|doi=10.1103/RevModPhys.55.65}}</ref> استفاده از یک فضای بی اثر می تواندمی‌تواند این محدوده را تا بالاتر از 1000۱۰۰۰ درجه ساتنیگراد افزایش دهد . با گرمایش لیزری نمونه می تواندمی‌تواند به دمای بالاتر از 5000۵۰۰۰ درجه سانتیگراد برسد اما حداقل دما که می تواندمی‌تواند هنگام استفاده از سیستم گرمایش لیزر اندازه گیریاندازه‌گیری شود 1200۱۲۰۰ درجه سانتیگراد است و اندازه گیریاندازه‌گیری با دقت بسیار کمتر است. پیشرفت در گرمایش مقاومتی باعث از بین رفتن شکاف بین دو روش می شودمی‌شود تا سیستم هاسیستم‌ها با ترکیب این دو از دمای اتاق تا فراتر از 5700۵۷۰۰ درجه سانتیگراد مورد مطالعه قرار گیرند.

ماده انتقال دهنده فشار یکی از اجزای مهم در هر آزمایش فشار بالا است. انتقال دهنده فضای داخل محفظه نمونه را پر می کندمی‌کند و فشار انتقال یافته به ماذه را بر روی نمونه اعمال می کندمی‌کند. در یک آزمایش فشار بالای خوب ،انتقالخوب،انتقال دهنده فشار باید توزیع همگن فشار را بر روی نمونه را حفظ کند. به عبارت دیگردیگر، ،برایبرای اطمینان از تراکم یکنواخت نمونه ماده انتقال دهنده فشار باید هیدرواستاتیک بماند. هنگامی که یک ماده انتقال دهنده فشار ،فشار، هیدرواستاتیکی خود را از دست داد ،داد، یک گرادیان فشار در محفظه شکل می گیردمی‌گیرد که با افزایش فشار افزایش می یابدمی‌یابد. این گرادیان می تواندمی‌تواند تا حد زیادی بر نمونه تأثیر بگذارد و نتایج را به خطر اندازد. این ماده همچنین باید بی اثر باشد ،باشد، تا با نمونه واکنش نداشته باشد و تحت فشارهای زیاد پایدار باشد. برای آزمایش هایآزمایش‌های با گرمایش لیزری ، انتقال دهنده فشار باید از رسانش حرارتی کمی برخوردار باشد. اگر از تکنیک نوری استفاده شده است ،شده‌است، ماده انتقال فشار باید در برابر پراش پرتوی ایکس شفاف باشد، ماده باید یک پراکنده ساز ضعیف برای اشعه ایکس باشد - تا به سیگنال کمک نکند.

برخی از متداول ترینمتداول‌ترین انتقال دهندهدهنده‌های هایفشار، فشارسدیم ،سدیم کلرید ،کلرید، روغن سیلیکون و مخلوط 4۴: 1۱ متانول - اتانول هستند. استفاده از سدیم کلرید برای این دستگاه بسیار آسان است و برای آزمایش در دمای بالا مورد استفاده قرار می گیردمی‌گیرد زیرا به عنوان عایق حرارتی خوبی عمل می کندمی‌کند. مخلوط متانول-اتانول حالت هیدرواستاتیکی خوبی را تا حدود 10۱۰ گیگاپاسکال نشان می دهدمی‌دهد و با اضافه کردن مقدار کمی آب می توانمی‌توان آنرا تا حدود 15۱۵ گیگاپاسکال افزایش داد. <ref name="jay">{{Cite journal|last=Jayaraman, A.|year=1983|title=Diamond Anvil Cell and High-Pressure Physical Investigations|journal=Reviews of Modern Physics|volume=55|issue=1|pages=65–108|bibcode=1983RvMP...55...65J|doi=10.1103/RevModPhys.55.65}}</ref>

برای آزمایش هایآزمایش‌های با فشار بیش از 10۱۰ گیگاپاسکال ،گیگاپاسکال، گازهای نجیب ترجیح داده می شوندمی‌شوند. هیدرواستاتیک افزایش یافته ،یافته، گرادیان فشار را در نمونه هاینمونه‌های با فشار بالا کاهش می دهدمی‌دهد. گازهای نجیب مانند هلیوم ،هلیوم، نئون و آرگون از نظر بصری شفاف ،شفاف، عایق حرارتی ،حرارتی، دارای پراکندگی اشعه ایکس کم و در فشارهای بالا دارای هیدرواستاتیکی خوبی هستند. حتی پس از استحکام ، گازهای نجیب محیطهای شبه هیدرواستاتیک را فراهم می کنندمی‌کنند.

آرگون برای آزمایش هایآزمایش‌های مرتبط با گرم کردن لیزری استفاده می شودمی‌شود زیرا از نظر شیمیایی بی اثر است. از آنجا که در دمای بالاتر از نیتروژن مایع چگالش رخ میمی‌دهد، دهد ، می توانمی‌توان آن را به صورت کرایوژنیک بارگذاری کرد. هلیوم و نئون عوامل پراکندپی اشعه ایکس کمی دارند و از این رو برای جمعجمع‌آوری آوری داده هایداده‌های پراش پرتو X استفاده می شوندمی‌شوند. هلیوم و نئون همچنین مدول هایمدول‌های تنش برشی کمی دارند؛ تنشبه را به حداقل می رسانندمی‌رسانند. این دو گاز نجیب در دمای بالاتر از نیتروژن مایع چگالش ندارند و نمی توانندنمی‌توانند به صورت کرایوژنیک بارگیری شوند. در عوض ،عوض، یک سیستم بارگیری گاز با فشار بالا ایجاد شده استشده‌است که از یک روش فشرده سازی گاز استفاده می کندمی‌کند. <ref name="Uch">{{Cite journal|last=Uchida, T. , Funamori, N. and Yagi, T.|year=1996|title=Lattice strains in crystals under uniaxial stress field|journal=Journal of Applied Physics|volume=80|issue=2|page=739|bibcode=1996JAP....80..739U|doi=10.1063/1.362920}}</ref>

=== روش هاروش‌ها ===

برای بارگیری یک گاز به عنوان ماده انتقال دهنده فشار ،فشار، گاز باید در حالت چگال قرار داشته باشد تا هنگامی که فشار وارد شود ،شود، محفظه نمونه را کوچک نکند. برای دستیابی به حالت متراکم ، میمتراکم، توانمی‌توان گازها را در دماهای کم مایع یا فشرده کرد. بارگیری کرایوژنیک روشی است که از گاز مایع به عنوان ابزاری برای پر کردن محفظه نمونه استفاده می کندمی‌کند. سلول سندان الماس مستقیماً درون مایع کریوژنیک که محفظه نمونه را پر میمی‌کند کند فرو می رودفرومی‌رود. با این حال ،حال، در بارگذاری کرایوژنیک مضراتی نیز وجود دارد. با دمای پایین که گواه بارگذاری کرایوژنیک است ،است، نمونه در معرض دمائی قرار می گیردمی‌گیرد که می تواندمی‌تواند آن را به صورت برگشت ناپذیربرگشت‌ناپذیر تغییر دهد. همچنین ،همچنین، مایع در حال جوش می تواندمی‌تواند نمونه را جابجا کند یا یک حباب هوا را در محفظه به دام بیندازد. به دلیل تفاوت نقطه جوش در اکثر گازها ،گازها، بارگیری مخلوط هایمخلوط‌های گازی با استفاده از روش کرایوژنی امکان پذیرامکان‌پذیر نیست. روش فشرده سازی گاز ،گاز، گازها را در دمای اتاق متراکم می کندمی‌کند. با این روش ،روش، بیشتر مشکلات مشاهده شده در بارگیری کرایوژنیک برطرف می شودمی‌شود. همچنین بارگیری مخلوط هایمخلوط‌های گاز امکان پذیر میامکان‌پذیر شودمی‌شود. در این تکنیک از یک مجرا یا محفظه استفاده می شودمی‌شود که سلول در آن قرار گرفته و از گاز پر می شودمی‌شود. گازها توسط یک کمپرسور تحت فشار قرار گرفته و درون مجرا پمپ می شوندمی‌شوند. پس از پر شدن مجرا و رسیدن به فشار مورد نظر ،نظر، سلول الماس با سیستم گیره ای که توسط پیچ هاییپیچ‌هایی که به وسیله موتور اداره می شوندمی‌شوند بسته می شودمی‌شود.

توسعه گرمایش لیزری تنها 8۸ سال پس از آن آغاز شد كهکه چارلز وایر ،وایر، از [[مؤسسه ملی فناوری و استانداردها|دفتر ملی استاندارد]] (NBS) ، اولین سلول الماس را ساخت و آلوین ون والكنبورگوالکنبورگ، ، NBS ،NBS، پتانسیل را برای دیدن نمونه در حالی كهکه تحت فشار است ،است، فهمید. ویلیام باست و همکارش تارو تاکاهاشی پرتو لیزر را روی نمونه در حالی که تحت فشار قرار داشت متمرکز کردند. اولین سیستم گرمایش لیزری از یک [[لیزر یاقوت]] با پالس 7۷ [[ژول]] استفاده کرد که نمونه را تا 3000۳۰۰۰ درجه سانتیگراد گرم کرد در حالی که در فشار 260۲۶۰ کیلوبار است. این برای تبدیل گرافیت به الماس کافی بود. <ref name="ming">{{Cite journal|last=Ming, L.|last2=W. A. Bassett|year=1974|title=Laser-Heating in Diamond Anvil Press Up to 2000 Degrees C Sustained and 3000 Degrees C Pulsed at Pressures up to 260 Kilobars|journal=Review of Scientific Instruments|volume=45|issue=9|pages=1115–1118|bibcode=1974RScI...45.1115M|doi=10.1063/1.1686822}}</ref> نقص عمده در سیستم اول مربوط به کنترل و اندازه گیریاندازه‌گیری دما است.

اندازه گیریاندازه‌گیری دما در ابتدا توسط باست با استفاده از پیرومتر نوری برای اندازه گیریاندازه‌گیری شدت نور در حال تابش از نمونه انجام شد. همکارانی در [[دانشگاه کالیفرنیا، برکلی|دانشگاه برکلی]] قادر به استفاده بهتر از اشعه جسم سیاه و اندازه گیریاندازه‌گیری دقیق تر دما بودند. <ref>{{Cite journal|last=Bassett, W. A.|year=2009|title=Diamond anvil cell, 50th birthday|journal=High Pressure Research|volume=29|issue=2|pages=CP5–186|bibcode=2009HPR....29....5.|doi=10.1080/08957950902840190}}</ref> نقطه داغ تولید شده توسط لیزر همچنین باعث ایجاد اختلاف حرارتی زیادی بین بخشهایی از نمونه شده که توسط لیزر متمرکز شده و آنهایی که نبودند شد. راه حل این مشکل در حال انجام است اما با معرفی یک رویکرد دو طرفه پیشرفت هاییپیشرفت‌هایی صورت گرفته استگرفته‌است.

استفاده از دو لیزر برای گرم کردن نمونه اختلاف دمای محوری را کاهش می دهد ،می‌دهد، این باعث میمی‌شود شودنمونه‌های نمونه های ضخیم تر بهضخیم‌تر طوربه‌طور یکنواخت گرم شوند. برای موفقیت آمیزموفقیت‌آمیز بودن سیستم گرمایش دو طرفه ،طرفه، لازم است که این دو لیزر به هم تراز شوند تا هر دو در موقعیت نمونه متمرکز شوند. برای گرمایش فوری در آزمایشآزمایش‌های های پراش ،پراش، لیزرها باید به همان نقطه در فضا که پرتوی اشعه ایکس متمرکز است متمرکز شوند.

=== سیستم هایسیستم‌های گرمایشی لیزری در مراکز سنکروترون ===

مرکز تابش سنکروترون اروپا (ESRF) و بسیاری دیگر از مراکز سنکروترون همانند سه مرکز اصلی [[سنکروترون]] در ایالات متحده ،متحده، همگی دارای پرتوهای مجهز به سیستمهای گرمایش لیزری هستند. خطوط پرتو مربوط به سیستم هایسیستم‌های گرمایش لیزری ESRF ID27 ، ID27،<ref>{{Cite web|title=High Pressure Beamline|url=http://www.esrf.eu/home/UsersAndScience/Experiments/Beamlines/content/content/id27.html|website=ID27 ESRF website|publisher=ESRF|accessdate=3 November 2016|archiveurl=https://web.archive.org/web/20161104075946/http://www.esrf.eu/home/UsersAndScience/Experiments/Beamlines/content/content/id27.html|archivedate=4 November 2016}}</ref> ID18 ، ID18،<ref>{{Cite web|title=Nuclear Resonance Beamline|url=https://www.esrf.eu/UsersAndScience/Experiments/MEx/ID18|website=ID18 ESRF website|publisher=ESRF|accessdate=19 November 2019|archiveurl=http://web.archive.org/web/20190904011054/https://www.esrf.eu/UsersAndScience/Experiments/MEx/ID18|archivedate=4 September 2019}}</ref> و ID24 هستند. <ref>{{Cite web|title=ID24 Energy dispersive X-ray absorption Beamline|url=http://www.esrf.eu/UsersAndScience/Experiments/MEx/ID24|website=ESRF|publisher=ESRF|accessdate=4 November 2016}}</ref> در منبع فوتون پیشرفته 13-ID-D GSECARS و 16-ID-B HP-CAT ؛CAT؛ در منبع نور سنکروترون ملی ،ملی، X17B3؛ و در منبع نور پیشرفتهپیشرفته، ، 12.2.2۱۲٫۲٫۲. گرمایش لیزری در علم فشار بالا به یک روش معمول تبدیل شده است ،شده‌است، اما اطمینان به اندازه گیریاندازه‌گیری دما هنوز بحث برانگیزبحث‌برانگیز است.

=== اندازه گیریاندازه‌گیری دما ===

در اولین آزمایش هایآزمایش‌های گرمایش لیزری ،لیزری، درجه حرارت از ایجاد رابطه بین توان لیزر ساخته شده با نقاط ذوب از مواد مختلف شناخته شده ناشی می شودمی‌شود. هنگام استفاده از پالس لیزر یاقوتی به دلیل کوتاه بودن پالس غیرقابل اعتماد بود. لیزر [[ گارنت آلومینیومی ایتریم |YAG]] به سرعت تبدیل به استاندارد شد، گرم کردن برای مدت زمان نسبتانسبتاً طولانی، و امکان مشاهده نمونه در طول فرآیندفرایند گرمایش. با اولین استفاده از لیزرهای YAG بود که باست از یک پیرومتر نوری برای اندازه گیریاندازه‌گیری دما در دامنه 1000۱۰۰۰ درجه سانتیگراد تا 1600۱۶۰۰ درجه سانتیگراد <ref name="ming">{{Cite journal|last=Ming, L.|last2=W. A. Bassett|year=1974|title=Laser-Heating in Diamond Anvil Press Up to 2000 Degrees C Sustained and 3000 Degrees C Pulsed at Pressures up to 260 Kilobars|journal=Review of Scientific Instruments|volume=45|issue=9|pages=1115–1118|bibcode=1974RScI...45.1115M|doi=10.1063/1.1686822}}</ref> استفاده کرد. اولین اندازه گیریاندازه‌گیری دما دارای انحراف استاندارد 30۳۰ درجه سانتیگراد از درجه حرارت روشنایی بود ،بود، اما به دلیل اندازه کوچک نمونه 50۵۰ درجه سانتیگراد تخمین زده شد با این احتمال که دمای واقعی نمونه 200۲۰۰ درجه سانتیگراد بالاتر از اندازه گیریاندازه‌گیری میزان روشنایی است. طیف سنجیطیف‌سنجی از نور رشته ایرشته‌ای روش بعدی اندازه گیریاندازه‌گیری دما است که در گروه باست استفاده شد. انرژی تابش ساطع شده را می توانمی‌توان با طیفهای شناخته شده اشعه جسم سیاه مقایسه کرد تا یک درجه حرارت معین حاصل شود. کالیبراسیون این سیستم هاسیستم‌ها با استفاده از نقاط ذوب منتشر شده یا نقاط ذوبی که توسط گرمایش مقاومت اندازهاندازه‌گیری گیری می شودمی‌شود انجام می شودمی‌شود.

از لیزر برای گرم کردن نمونه در ابعاد میکروگرم در سلولهای سندان الماس هنگام مطالعه ماده در شرایط شدید استفاده می شودمی‌شود. این به طوربه‌طور معمول به معنای یکی از چهار مورد زیر است:

{{پانویس|35em|۲}}