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探索極端壓力的奧秘：鑽石壓砧如何揭示行星內部的秘密？
鑽石壓砧（Diamond Anvil Cell, DAC）是一種可在極高壓力下進行材料科學、地質學和工程學實驗的高科技裝置。其設計讓微小的樣品在高達770 GPa的壓力下被壓縮，這些壓力大於地球核心的預估壓力（約360 GPa），使研究人員能夠模擬行星內部的條件並合成在常規環境下無法觀察到的材料和相。這一技術對於揭示地球以及其他行星的內部結構和性質至關重要。
在這樣的極端條件下，研究人員能夠合成非分子氮冰、金屬氫等前所未見的物質。
DAC的核心由兩顆對稱的鑽石組成，其尖端稱為「楔面」(culet)，樣品被放置在兩顆鑽石的底部進行夾緊。研究人員可以使用已知的參考材料來監測壓力，例如紅寶石螢光或結構簡單的金屬，如銅和鉑。DAC的另一大優勢在於其光學透明，研究人員可直接觀察樣品的行為，這為高議題的物質行為研究提供了便利。
鑽石是一種非常堅硬且幾乎不可壓縮的材料，這樣可以最小化在施加力量時的變形和故障。
DAC技術的歷史可追溯至20世紀50年代，首個鑽石壓砧的原型在1957年至1958年被成功研製。與早期使用鎢碳化物的布里奇曼壓砧相比，DAC採用了自然界中最堅硬的材料——單晶鑽石，使其成為現今最通用的壓力產生設備。這項技術的演進使科學首頁能夠在各種環境下進行高壓測試與觀測，從而提升我們對地球內部及其他行星的了解。
DAC技術的引入不僅在材料科學中具有非凡的應用潛力，也支持了對天體物質的進一步探查。
DAC裝置的主要組件包括：施力裝置、兩顆對置的鑽石壓砧、密封墊圈以及壓力傳遞介質。施力裝置負責施加力，通常利用杠杆、緊固螺絲或氣壓/液壓壓力。在這樣的結構下，樣本被壓縮到其原本狀態下的千倍甚至萬倍，充分展示了材料在極端條件下的行為。
在測量壓力的方法上，DAC可以透過X射線衍射和紅寶石螢光的變化來精確測量壓力，這對於尋求合適的壓力進行物質實驗至關重要。近年來，許多研究者專注於DAC在生物學領域的應用，測試微生物在極高壓力下的生存能力。對於尋找外星生命的研究，DAC展示了其越來越廣泛的應用潛力。
在2002年，科學家們使用DAC測試了大腸桿菌在1.6 GPa壓力下的生存情況，結果顯示有1%的細菌存活，展現了生命在極端環境下的韌性。
鑽石壓砧的設計使其能夠適應多種實驗需求，並且能兼容如低溫測量、超導磁場等技術需求。這意味著DAC不僅是物理科學的上佳工具，亦是化學以及生物科學探索新領域的重要設備。
DAC的發展展示了科學界對高壓環境下物質研究的熱情，而隨著科技的進步，我們對材料性質的理解也在不斷深化。這一技術的進展不僅解釋了地球內部的秘密，還可能揭示其他行星上是否存在生命的線索。隨著DAC技術的不斷創新，未來我們會看到哪些令人驚訝的發現呢？
