به مدت 200 سال، دانشمندان تلاش کردند تا این ماده معدنی را در آزمایشگاه بسازند، اما موفق نشدند. اکنون، تیمی از محققان دانشگاه میشیگان و دانشگاه هوکایدو در ژاپن سرانجام به لطف نظریه جدیدی که از شبیه سازی اتمی به دست آمده است، این کار را انجام داده اند.
موفقیت این محققان یکی از معماهای قدیمی زمین شناسی که به «مسئله دولومیت» معروف است را حل کرده است. دولومیت، یک کانی مهم در کوه‌های دولومیت ایتالیا، آبشار نیاگارا و صخره‌های سفید دوور، در سنگ‌هایی با قدمت بیش از 100 میلیون سال به وفور یافت می‌شود، اما در سازندهای جدید تقریباً وجود ندارد.
بیشتر بخوانید:
ونهائو سان، استاد مواد در دانشگاه میشیگان و یکی از نویسندگان این گزارش تحقیقاتی که در این مقاله منتشر شده است، می‌گوید: «اگر درک کنیم که چگونه دولومیت در طبیعت ایجاد می‌شود، می‌توانیم استراتژی‌های جدیدی برای ترویج رشد کریستال در مواد فن‌آوری مدرن بیاموزیم. مجله گفت مجله “علم”.
ساختارهای کریستالی زیبا را کشف کنید.
راز تولید دولومیت در آزمایشگاه پس از شکست های گذشته، رفع نقص در ساختار کانی همزمان با رشد آن است. هنگامی که مواد معدنی در آب تشکیل می‌شوند، اتم‌ها معمولاً در لبه‌های سطح کریستال در حال رشد ذخیره می‌شوند، اما لبه در حال رشد دولومیت از ردیف‌های متحرک کلسیم و منیزیم تشکیل شده است.
در داخل آب، کلسیم و منیزیم به طور تصادفی به کریستال دولومیت در حال رشد و اغلب در مکان های نامناسب متصل می شوند و از تشکیل لایه های بیشتری از دولومیت جلوگیری می کنند. این بی نظمی و بی نظمی باعث کاهش سرعت رشد دولومیت می شود، به طوری که 10 میلیون سال طول می کشد تا یک لایه دولومیت معمولی تشکیل شود.
اما خوشبختانه این عیوب پایدار نیستند و از آنجایی که اتم های بی نظم پایداری کمتری دارند، وقتی این ماده معدنی در آب شسته می شود، ابتدا آن اتم ها حل می شوند. شستشوی مداوم و رفع این عیوب، به عنوان مثال در اثر باران یا آب و هوا، باعث ایجاد لایه ای از دولومیت در عرض چند سال می شود.
برای شبیه‌سازی صحیح فرآیند رشد و تشکیل دولومیت، این محققان باید محاسبه می‌کردند که اتم‌ها چقدر قوی یا ضعیف به سطح دولومیت موجود می‌پیوندند. دقیق ترین شبیه سازی به انرژی تراکنش های فردی بین الکترون ها و اتم ها در کریستال در حال رشد نیاز دارد. چنین محاسبات دشواری اغلب به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارند، اما نرم‌افزار توسعه‌یافته در دانشگاه میشیگان یک میانبر را ارائه کرد.
برایان پوچالا یکی از تولیدکنندگان این نرم افزار می گوید: نرم افزار ما انرژی برخی آرایش های اتمی را محاسبه کرده و سپس از آن برای پیش بینی انرژی آرایش های دیگر بر اساس تقارن ساختار بلوری استفاده می کند.
این میانبر باعث شد تا شکل گیری و رشد دولومیت ها در مقیاس های زمانی زمین شناسی شبیه سازی شود. درس های آموخته شده از مسئله دولومیت ها می تواند به مهندسان کمک کند تا مواد با کیفیت بالاتری را برای نیمه هادی ها، پنل های خورشیدی و سایر فناوری ها تولید کنند.
۵۸۵۸
