cella a incudini di diamante
cella a incudini di diamante
Dispositivo che permette di generare pressioni altissime e di studiare il comportamento di un materiale sottoposto a tali condizioni. Viene anche indicata con la sigla DAC (Diamond anvil cell). Originariamente ideata per essere usata in apparati sperimentali in cui era prevista l’osservazione ottica di quanto avveniva nel campione, è stata successivamente resa polivalente per ogni tipo di studio in cui il campione sottoposto a pressione è riscaldato e irraggiato con vari tipi di radiazione elettromagnetica (raggi X o gamma o infrarossi, luce di sincrotrone ecc.). Si compone di tre parti distinte: (a) una coppia di diamanti tagliati secondo 16 faccette con tavola molto ampia (ca. 70% del diametro totale) e con padiglione smussato in modo da creare una controtavola (culet) orientata parallelamente alla faccia di cubo del diamante originale; (b) una montatura metallica che avvolge i due diamanti poggiando sulle tavole e che supporta un generatore di pressione (il braccio di una leva, tre viti calanti, una membrana spinta da un gas, o altro); (c) una guarnizione (gasket) di un metallo facilmente deformabile che avvolge ad anello le due controtavole sulle quali si pone il materiale da comprimere e che gli impedisce di fluirne fuori, impedendo al tempo stesso un eccessivo avvicinamento dei due diamanti che ne porti alla rottura. Il funzionamento della DAC è complesso e delicato, non solo perché bisogna operare con movimenti di estrema precisione, essendo l’intero apparato miniaturizzato (i diamanti, in genere, pesano 0,125÷0,5 carati e la superficie utile delle loro controtavole è ca. 0,6÷1,2 mm2), ma anche perché ogni DAC è ottimizzata per ottenere un certo risultato, costituendo quindi – in pratica – uno strumento a sé stante. Il riscaldamento del campione è ottenuto mediante laser; il raffreddamento con opportuni criostati. La misura della pressione è realizzata o in base alla forza applicata oppure mescolando al campione una polvere di rubino che, sottoposta a pressione, produce una luce fluorescente di lunghezza d’onda regolarmente crescente e misurabile. I diamanti usati per la fabbricazione delle incudini sono di qualità diversa: il tipo I serve per esperimenti a pressioni relativamente basse in cui si vogliano effettuare misure ottiche, Raman o di diffrazione dei raggi X; il tipo IIa serve per esperimenti a pressioni maggiori, fino a quelle (ca. 100 GPa) che hanno permesso di trasformare l’idrogeno in solido metallico e di raggiungere condizioni corrispondenti a quelle del centro della Terra (ca. 360 GPa).