Tijdens de Drie-eenheid nucleaire test op 16 juli 1945 in de woestijn van New Mexico – ’s werelds allereerste test van een atoombom—een nieuw materiaal vormde zich spontaan. Het was ontdekt pas onlangs, door een internationaal onderzoeksteam gecoördineerd door geoloog Luca Bindi van de Universiteit van Florence, dat het nieuwe clathraat identificeerde op basis van calcium, koper en silicium. Het is een materiaal dat nog nooit eerder in de natuur is waargenomen, of als een kunstmatige verbinding die in het laboratorium is gemaakt.
Wat zijn clathraten?
De term ‘clathraten’ duidt op materialen die worden gekenmerkt door een ‘kooiachtige’ structuur die andere atomen en moleculen binnenin opsluit, waardoor ze unieke eigenschappen krijgen. Van groot technologisch belang worden deze materialen bestudeerd voor verschillende toepassingen, variërend van energieconversie (als thermo-elektrische materialen die warmte in elektriciteit kunnen omzetten) tot de ontwikkeling van nieuwe halfgeleiders, tot gasopslag en waterstof voor toekomstige energietechnologieën.
Het nieuwe materiaal
Om het nieuwe materiaal te ontdekken, concentreerden onderzoekers zich op trinitiet, een silicaatglas dat zeldzame metaalfasen bevat. Met behulp van enkele technieken, zoals röntgendiffractie, kon het team een type I-clathraat identificeren op basis van calcium, koper en silicium in een klein koperrijk metaaldruppeltje ingebed in een monster van rode trinitiet.
Het nieuwe materiaal is volgens de onderzoekers spontaan gevormd tijdens een nucleaire explosie. Dit geeft aan dat de extreme omstandigheden, zoals extreem hoge temperaturen en drukken, nieuwe materialen kunnen genereren die onmogelijk te verkrijgen zijn met traditionele methoden.
Natuurlijke laboratoria
De ontdekking is zelfs nog interessanter omdat bij dezelfde ontploffing een ander zeer zeldzaam materiaal werd gevormd: een siliciumrijk quasi-kristal, dat een paar jaar geleden al werd gedocumenteerd door het team van experts onder leiding van Bindi.
Een quasikristal, zoals Bindi verteld WIRED is destijds iets dat geen kristal is, maar er wel veel op lijkt. ‘Hun eigenaardigheid’, zei hij, ‘is dat de atomaire rangschikking, die niet periodiek is, maar wel bijna periodiek, ongelooflijke symmetrieën creëert waaruit onder andere verbazingwekkende fysische eigenschappen voortkomen die heel moeilijk te voorspellen zijn.’
Het leggen van de link tussen deze structuren helpt wetenschappers daarom beter te begrijpen hoe atomen zich onder extreme omstandigheden organiseren en de mogelijkheden voor het ontwerpen van nieuwe materialen uit te breiden. “Gebeurtenissen zoals kernexplosies, blikseminslagen of meteorietinslagen functioneren als echte natuurlijke laboratoria”, leggen de onderzoekers uit. “Ze stellen ons in staat vormen van materie waar te nemen die we in het laboratorium niet gemakkelijk kunnen reproduceren.”
In wezen opent dit onderzoek nieuwe perspectieven voor de ontwikkeling van innovatieve technologieën, waarbij wordt aangetoond dat zelfs destructieve gebeurtenissen ontdekkingen kunnen opleveren die nuttig zijn voor de toekomst.
Dit verhaal verscheen oorspronkelijk in BEDRAAD Italië en is vertaald uit het Italiaans.
