Rubiner på safir:Opskrift på fremstilling af krystaller i flux

Krystaller kan laves kunstigt, men der bruges meget energi på at smelte ingredienserne sammen, og det kan gøre dem dyre. Dette problem kan løses ved at bruge passende opløsningsmidler. Kaldet fluxmetoden, krystaller dyrkes i en digel, der indeholder opløsningsmidler, der gør det muligt for krystallen at dannes med mindre energi, fordi opløsning vil ske lettere. Forestil dig at have bordsalt og ønsker at danne krystaller af en ønskværdig struktur. Saltet kan opvarmes til dets smeltepunkt, hvilket ville tage meget energi, eller, det kan opløses i et opløsningsmiddel såsom vand, og vandet kan fordampes ved en meget lavere temperatur end at forsøge at opvarme saltet alene. At finde de rigtige forhold er nøglen til at have gode krystalopskrifter.

Katsuya Teshima fra Shinshu University er ekspert i fluxopskrifter til krystalvækst, og fortsætter forskningen for at producere optimale krystaller med ønskelige egenskaber. Med det nylige papir offentliggjort i Krystalvækst og design Teshima, første forfatter Shunsuke Ayuzawa og deres team undersøgte rubiner (Al ₂ O ₃ :Cr) og dets opløselighedskurve i flux. Fluxmetoden til dyrkning af krystaller er i øjeblikket den foretrukne metode til fremskaffelse af krystaller, fordi den har ubetydelig miljøpåvirkning. Med denne forskning, Teshima og hans team ved Shinshu University undersøgte den partielle opløselighedskurve for vækst af rubinkrystal i molybdæntrioxid (MoO) ₃ ).

Opløselighedskurven er en graf, der viser, hvor meget der opløses ved hvilken temperatur. Det er afgørende at kende disse oplysninger for at kunne dyrke krystaller med præcision. Med denne forskning, opløselighedskurven for Al ₂ O ₃ :Cr i MoO ₃ for 1050 til 1200 °C blev opnået. At finde ud af opløselighedskurven for denne krystal, som fordamper ved så høje temperaturer, havde været ekstremt vanskelig, men dette hold formåede at finde ud af en måde ved at bruge det ledende princip for epitaksial vækst på et enkelt krystal safirsubstrat til at måle en lille mængde rubinkrystalvækst. Nøglen var at skelne mellem det røde rubinlag og det gennemsigtige safirlag, når fluxen fordampede.

Ruby er det latinske ord for rød, og som navnet antyder, er kendt for sin smukke lyserøde og rødbrune farve. Rubiner er en af ​​de fem kardinalperler, fordi de var sjældne før i tiden. Andre kardinalperler er diamanter, smaragder, safir og ametyst. Hvad der bliver mere tydeligt er, at rubiner ikke kun er pæne at se på, men har egenskaber, der kan bruges i en række forskellige industrier. Rubiner har mekanisk styrke, fremragende optiske egenskaber og er kemisk stabile. Enkeltkrystaller af rubin er fantastiske optiske enheder. Den første rapporterede solide laser i 1960 var lavet af rubinkrystal.

I modsætning til diamanter, der er lavet af rent kulstof, rubiner er lavet af en blanding af mineralet korund, en krystallinsk form af aluminiumoxid med et spor af chrom, der giver den røde farve. Holdetemperaturen, som er den temperatur, som opløsningen holdes ved, producerer forskellige typer rubiner med forskellige egenskaber. Den nyligt opdagede opløselighedskurve vil gøre det muligt for forskere at være mere præcise, når de laver krystaller.

Teshima, en universitetsforsker, håber at systematisere fasediagrammet for fluxmetoder for alle materialer. Efter at have stolet på erfaring og viden i fortiden, han vil udføre mere forskning udført gennem analytisk kemi og beregningsvidenskab fra et proceskemi synspunkt. Han mener, at nye stoffer kan opdages og skabes til at udføre nye funktioner gennem systemisering af fluxmetoden.