Інкубатор для сапфірів
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Минули ті часи, коли долею дорогоцінного каміння була лише прикраса ефесів шпаг, діадем і намист. В останнє десятиліття до дорогоцінних кристалів великий інтерес виявляють різні галузі науки — квантова електроніка, мікроелектроніка, обчислювальна техніка, оптика і акустика. Ну а те, що перші лазери були створені на монокристалах рубіну, відомо всім. Причому наука виявляється набагато більш вимогливою до якості дорогоцінного каміння, ніж найвибагливіші знавці коштовностей.
Природні камені вже не можуть задовольнити вчених, які розробляють нові і нові методи вирощування штучних кристалів. Слід зазначити, що це кристали дуже тугоплавкі й у тому складність їх вирощування. Ось як росте кристал кухонної солі: спочатку створюється перенасичений розчин солі, у якому міститься зародок — центр кристалізації, у ньому і виростає кристал. А для зростання, скажімо, сапфіра чи граната треба розігрівати розплав до температури понад дві тисячі градусів.
Причому розігрів має бути дуже рівномірним. Щоб навчитися вирощувати хороші кристали, вчені створили спеціальну установку на дослідження самого процесу зростання. Високотемпературний мікроскоп з лазерним нагріванням і кінозйомкою – ось як непросто звучить сама назва цієї установки. З її допомогою вдалося встановити, що в монокристалі бувають дефекти не тільки через сторонні домішки, а й через дефекти в самій речовині кристала. Наприклад, багато монокристалів включають до свого складу окис алюмінію, а при плавленні окису відбувається дисоціація їх речовини на іони.
У розплаві виникає надмірна кількість іонів алюмінію, і вони можуть відігравати таку ж роль, як і сторонні домішки. Встановлено також, що особливу увагу слід приділяти джерелу нагріву. Тут на допомогу вченим приходять лазери. Довжину хвилі їх підбирають таким чином, щоб світло повністю поглиналося в розплаві і безперешкодно проходило крізь кристал, що утворився. Це дуже важливо тому, що розплав постійно підтримується в рідкому стані, а кристал починає рівномірно охолоджуватися.
Вже створено установки для вертикальної та горизонтальної кристалізації. Наразі вчені навчилися вирощувати великі лейкосапфіри. Область застосування сапфіру постійно розширюється. Вони використовуються у біології, медицині, механіці. Їх також можна використовувати для протезування (коріння зубів, деталі ока, штучні суглоби, кісткова тканина), виготовлення хірургічних скальпелів, покривного скла і т.д. А найбільші – до двадцяти кілограмів – сапфіри призначені для детекторів гравітаційних хвиль.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.