தங்கத்தைக் கடினமாக்கல்

சென்ற முறை சென்னை சென்றபொழுது ஜி.ஆர். தங்கமாளிகை, லலிதா ஜுவல்லர்ஸ் போன்ற புண்ணியத் தலங்களுக்குச் செல்ல நேரிட்டது. என் உடம்பில் எப்பொழுதும் உலோகங்கள் இருந்து கிடையாது (வாட்ச் சங்கிலி ஒரு விதிவிலக்கு). பொதுவில் நகையில் ஆர்வமில்லாத என் மனைவி பத்து வருடங்களுக்கு முன்பு திருமணத்திற்காகப் பெற்ற சில நகைகள் அறுந்துபோய்விட்டன, அதைத் தவிர குழந்தைகள் பிறந்தபொழுது இக்கினியூண்டு மோதிர விரல்களுக்கு அரைக்கால் பவுன் மோதிரம் என்று எந்த உபயோகமும் இல்லாத சில தங்கச் சாமான்களை கடையில் கொடுத்துவிட்டு புதிதாக ஒரு நகை வாங்கிக் கொள்ள ஆசை. ஆனால் கடைகளில் சென்றபொழுது நாம் விற்கும் பழைய தங்கத்திற்குச் சேதாரம் என்று கழிக்கிறார்கள், நாம் புதிய நகையை வாங்கினால் அதிலும் செய்கூலி என்று கூட்டுகிறார்கள். எனக்குத் தெரிந்தவகையில் 20% சேதாரம் என்று சொல்லக்கூடிய எந்த ஒரு தொழிலையும் கண்டதில்லை. உதாரணமாக ஐந்தில் ஒரு செல்போன் கால் ஒழுங்காகச் செல்லாது, அதற்கும் நீங்கள் பணம் தர வேண்டும் என்று யாரும் சொல்வதில்லை. ஐந்தில் ஒரு விமானம் உத்தரவாதமாகத் தாமதமாகத்தான் வரும் என்று எந்த நிறுவனமும் சொல்வதில்லை. பள்ளிக்கூடத்தில் சேரும் ஐந்து மாணவர்களில் ஒருவனை “நீ தேறமாட்டாய்” என்று ஆரம்பப் பள்ளிக்கூட ஆசிரியரான என் அப்பா சொன்னதில்லை. ஆனால் நகைக்கடைகள் மாத்திரம் அழிச்சாட்டியமாக இப்படிச் சொல்கிறார்கள்.

கேட்டால் நீங்கள் கொடுக்கும் பழைய நகையை அப்படியே விற்க முடியாது, அதை உருக்குவோம், உருக்கும்பொழுது அதன் கசடுகள் கழிய, பிற உலோகங்களை நீக்க அதன் மதிப்பு குறையும் என்று வாதிடுகிறார்கள். இதில் ஓரளவு உண்மையிருக்கிறது என்றே கொண்டாலும், 20% என்பது எனக்கு அநியாயமாகப்படுகிறது. அந்தத் தார்மீகக் கோபங்களை வேறிடத்தில் வைத்துக்கொள்ளலாம், இப்பொழுது தங்கத்தை உருக்கும் சமாச்சாரத்திற்குச் செல்லலாம், அங்கேதான் புதிய அறிவியல் வருகிறது. தங்கத்தை எப்படி உருக்குவார்கள் என்று கேட்டால் சிறுவர்களுக்குக்கூடத் தெரிந்திருக்கும். அதை தீயிலிடுவார்கள், அப்பொழுது அதன் வெப்பநிலை உயர அது இளகத் தொடங்கி, பின்னர் முழுவதுமாக உருகி திரவ நிலைக்கு மாறும். இதுநாள்வரை நமக்குத் தெரிந்தது இதுதான் தங்கத்தை (பொதுவில் எந்த ஒரு உலோகமாக இருந்தாலும் சூட்டால் இளகும். ஆனால் சமீபத்தில் என்னுடைய சக ஆய்வாளர்கள் இதற்கு முற்றிலும் மாறாக சூடுபடுத்தினால் தங்கம் இறுகிப்போகிறது என்று கண்டுபிடித்திருக்கிறார்கள். நான் வேலைசெய்யும் டொராண்டோ பல்கலைக்கழக ஒளியியல் ஆய்வு நிறுவனத்தின் மூத்த பேராசிரியரும் அவரது குழுவினரும் சமீபத்தில் சயன்ஸ் என்ற முதல்தர ஆய்வு சஞ்சிகையில் இந்தவாரம் இந்த ஆய்வுக்கட்டுரை பதிப்பிக்கப்பட்டிருக்கிறது.

ஒரே ஒரு விஷயம்தான் நம் பொது அறிவுக்கு மாறுபட்டது, அவர்கள் சூடாக்கிய வேகம் மிக மிக அதிகமானது. சரியாகச் சொல்லப்போனால் ஒரு நொடிக்கு பில்லியன் பில்லியன் பாகை அளவுக்கு அதிவிரைவாக சூடாக்கினால்தான் தங்கம் இப்படி கடினமாகிறது. மற்றபடி நம் பத்தர்கள் வேலைக்கு எந்த பாதகமும் இல்லை. அந்த உத்தரவாதத்துடன் இது எப்படிச் சாத்தியம் என்று பார்க்கலாம்;

பேராசிரியர் த்வைன் மில்லரின் (R. J. Dwayne Miller) ஆய்வுகளில் ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்கள் முக்கிய இடம் வகிக்கின்றன. இந்த நொடிக்கணக்கை ஒருமுறை பார்த்துவிடலாம்;

1 மணி = 60 நிமிடங்கள்
1 நிமிடம் = 60 நொடிகள்

நொடிதான் காலத்தின் அடிப்படை அலகு; அதன் கீழே இப்படிப் பெயரிடுகிறார்கள்;

1 நொடி = 1 $$times 10^3$$ மில்லி நொடி (millisecond)
1 நொடி = 1 $$times 10^6$$ மைக்ரோ நொடி (microsecond)
1 நொடி = 1 $$times 10^9$$ நானோ நொடி (nanosecond)
1 நொடி = 1 $$times 10^{12}$$ பிக்கோ நொடி (picosecond)
1 நொடி = 1 $$times 10^{15}$$ ஃபெம்ட்டொ நொடி (femtosecond)
1 நொடி = 1 $$times 10^{18}$$ அட்டோ நொடி (attosecond)

லேசர்களின் துடிப்பின் கால அளவைக் கொண்டு அவற்றைப் பெயரிடுவது வழக்கம். என்னுடைய ஆய்வகத்தில் நானோ செகண்ட் லேசர்கள் இருக்கின்றன, பிக்கோ செகண்ட் லேசர்களும் உண்டு. ஃபெம்டோ செகண்ட் லேசர்களை வைத்துக்கொண்டு நிறைய சாதிக்க முடியும். உதாரணமாக ஒரு எலெக்ட்ரானுக்கு சக்தி கொடுத்து உயர்நிலையில் ஏற்றி அது அங்கிருந்து கீழே வருவதை தொடர்ச்சியாகப் படமெடுக்க முடியும்; இதை கொண்டு வேதிவினைகள் நடக்கும்பொழுது அதை ஒரு தொடர்ச்சியான சினிமாப்படமாகப் பார்க்கமுடியும். கண்ணாடிச் சில்லு ஒன்றில் ஃபெம்டோசெகண்ட் துடிப்பைப் பாய்ச்சினால் அது உருகுவதற்கெல்லாம் நேரம் கொடுக்காமல் லேசர் பட்ட இடத்தில் இருக்கும் சிலிக்காவை அப்படியே ஆவியாக்க முடியும். கண்ணாடி மட்டும்தான் என்றில்லை பல பொருள்களை ஃபெம்ட்டொ செகண்ட் லேசர் ஹார்லிக்ஸ் போல கரைக்கத் தேவையில்லாமல் அப்ப்டியே சாப்பிட்டுவிடும். இந்த மாதிரி ஆவியாக்கல் சமாச்சாரங்களில்தான் எங்கள் பேராசிரியர் த்வைன் மில்லருக்கு ஆர்வம். இது தங்கத்தில் எப்படி நடக்கிறது என்று பார்க்கப்போகத்தான் இப்படி இளகாமல் கடினமாவது தெரிய வந்திருக்கிறது.

பொதுவில் உலோகங்கள் நல்ல கடத்திகள்; வெப்பம், மின்சாரம் இரண்டையும் அற்புதமாகக் கடத்துபவை. ஒரு இரும்பு ஆப்பையைச்ச் சூட்டில் பிடித்தால் சில நொடிகளுக்குள்ளாக உங்கள் கைக்குச் சூடுபரவுவதை உணரமுடியும். ஆனால் இப்படி அதிவிரைவாகச் சூடுபடுத்தும்பொழுது பக்கத்திலிருக்கும் அணுவுடன் மோதி அதற்குச் சூட்டைப் பரப்பவெல்லாம் நேரம் கிடைப்பதில்லை. தூய தங்கம் (படிக நிலையில்) தங்க அயனிகளைக் கொண்டது, அவற்றின் எலெக்ட்ரான்கள் மென்மையான பிணைப்பைக் கொண்டவை, அந்த மென்பிணைப்பு அயனிகளுக்கு இடையேயான விலக்கத்தைப் போக்குகிறது. இந்த நிலையில் அயனிகள் ஒருவித ஈர்ப்பு விசையைக் கொண்டிருக்கிறன. ஃபெம்ட்டோநொடி லேசர்களைக் கொண்டு அதிவிரைவாகச் சூடாக்கினால் அயனிகளின் பிணைப்பு வலுப்படுகிறது, அந்த நிலையில் அதை உருக்குவது கடினமாகிறது, அதாவது அதன் உருகுநிலை உயர்கிறது. பலவருடங்களுக்கு முன்னரே தங்கத்தில் இதுபோன்ற இணைப்பு இறுகும் என கணக்கீடுகள் வழியாக ஊகிக்கப்பட்டிருந்தது, இப்பொழுது முதன்முறையாக சோதனையின் வழியே அந்தக் கணக்கீடுகள் உறுதி செய்யப்பட்டிருக்கின்றன.

இந்தச் சோதனைக்கு ஃபெம்ட்டோநொடி எலெக்ட்ரான் விளிம்புச்சிதறல் விளைவு என்று பெயர். இது கிட்டத்தட்ட் ஒரு சினிமா படக்கருவியைப் போலச் செயற்படுகிறது. ஒரு அதிமெல்லிய தங்கத் தகட்டின்வழியே ஃபெம்ட்டோநொடி லேசரை அனுப்ப அது தங்கத்தில் எலெக்ட்ரான்களின் அசைவைத் தொடர்ச்சியாகப் படமெடுக்கிறது. இன்னொரு ஃபெம்ட்டோநொடி லேசரைக் கொண்டு அதே இடத்தைச் சூடுபடுத்துவதன் மூலம், அதிவிரைவுச் சூட்டில் அணுக்களின் சலனத்தை நேரடியாகப் பார்க்கமுடிகிறது. சூடுபடுத்தும் வேகம், அணுக்களின் சலனத்தின் அளவு, உருகுநிலை இவற்றைத் தொடர்ச்சியாக அவதானிக்க லேசர்கள் தங்கப்படிகத்தில் விளைவிக்கும் மாற்றத்தைக் கண்காணிக்கமுடிகிறது.

ஏற்கனவே சொன்னதுபோல அதிவிரைவு லேசர் சூடேற்றத்தில்தான் கடினமாதல் சாத்தியம். மற்றபடி நம் பொற்கொல்லர்கள் சாதாரணமாக உருக்கி இருபது சதவீத சேதாரத்தில் கொஞ்சம் மிஞ்சம் பிடித்துக்கொள்ளலாம்.

சான்றேடு:

The Formation of Warm Dense Matter: Experimental Evidence for Electronic Bond Hardening in Gold, Ralph Ernstorfer, Maher Harb, Christoph T. Hebeisen, Germán Sciaini, Thibault Dartigalongue, R. J. Dwayne Miller, Published online 22 January 2009 [DOI: 10.1126/science.1162697] (in Science Express Reports)