मात्र दो सदियों की कोशिशों के बाद, वैज्ञानिकों ने आखिरकार प्रयोगशाला में डोलोमाइट खनिज उगाने में सफलता पाई है, जिससे 'डोलोमाइट समस्या' नामक लंबे समय से चली आ रही भूवैज्ञानिक पहेली सुलझ गई है। मिशिगन विश्वविद्यालय और जापान के सपोरो में होक्काइडो विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने विस्तृत परमाणु सिमुलेशन पर आधारित एक नए सिद्धांत को विकसित करके यह सफलता हासिल की।
डोलोमाइट एक व्यापक रूप से पाया जाने वाला खनिज है जो इटली की डोलोमाइट पर्वतमाला, नियाग्रा फॉल्स और यूटा के हूडू जैसे प्रतिष्ठित स्थानों में मिलता है। यह 10 करोड़ साल से अधिक पुरानी चट्टानों में प्रचुर मात्रा में पाया जाता है, लेकिन हाल के वातावरण में इसे बनते हुए शायद ही कभी देखा गया है, जो पीढ़ियों से वैज्ञानिकों के लिए सिर खुजलाने का कारण रहा है।
मुख्य सफलता यह समझने में थी कि डोलोमाइट के बनते समय क्या गड़बड़ी पैदा करता है। इसकी संरचना कैल्शियम और मैग्नीशियम की बारी-बारी से बनी परतों से बनी होती है, लेकिन विकास के दौरान ये तत्व अक्सर बेतरतीब ढंग से जुड़ जाते हैं, जिससे संरचनात्मक दोष पैदा होते हैं जो आगे की प्रगति को रोकते हैं। उस दोषपूर्ण दर पर, एक अच्छी तरह से व्यवस्थित परत बनाने में 1 करोड़ साल तक का समय लग सकता है।
शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि ये दोष स्थायी नहीं हैं। गलत जगह पर मौजूद परमाणु कम स्थिर होते हैं और पानी के संपर्क में आने पर घुलने की अधिक संभावना रखते हैं। प्रकृति में, वर्षा या ज्वार-भाटा के चक्र जैसी घटनाएं बार-बार इन दोषपूर्ण क्षेत्रों को धो देती हैं। समय के साथ, यह सतह को साफ कर देता है ताकि नई, ठीक से व्यवस्थित परतें बन सकें, जिससे डोलोमाइट भूवैज्ञानिक काल के बजाय भूवैज्ञानिक अनंत काल में जमा हो सके।
इसका परीक्षण करने के लिए, टीम को परमाणु अंतःक्रियाओं का मॉडल बनाने की आवश्यकता थी, जो आमतौर पर अत्यधिक कंप्यूटिंग शक्ति की मांग करने वाला कार्य है। यू-एम के प्रिडिक्टिव स्ट्रक्चर मैटेरियल्स साइंस (PRISMS) केंद्र के शोधकर्ताओं ने ऐसा सॉफ्टवेयर विकसित किया जिसने चुनौती को सरल बना दिया। अध्ययन के प्रथम लेखक जूनसू किम ने कहा, 'प्रत्येक परमाणु चरण में सामान्य रूप से सुपरकंप्यूटर पर 5,000 से अधिक सीपीयू घंटे लगते थे। अब, हम डेस्कटॉप पर 2 मिलीसेकंड में वही गणना कर सकते हैं।'
प्रायोगिक साक्ष्य के लिए, होक्काइडो विश्वविद्यालय के युकी किमुरा और तोमोया यामाज़ाकी ने एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का एक असामान्य तरीके से उपयोग किया। उन्होंने दो घंटे में एक घोल में मौजूद एक छोटे क्रिस्टल पर इसकी इलेक्ट्रॉन बीम को 4,000 बार स्पंदित किया, बीम की पानी को विभाजित करने और एसिड बनाने की क्षमता का उपयोग करके दोषों को बनते ही घोल दिया। क्रिस्टल लगभग 100 नैनोमीटर तक बढ़ गया, जो डोलोमाइट की लगभग 300 परतों का प्रतिनिधित्व करता है - पिछले रिकॉर्ड पांच से कहीं अधिक।
इस प्राचीन रहस्य को सुलझाने के आधुनिक निहितार्थ हैं। संबंधित लेखक वेनहाओ सन ने कहा, 'हमारा सिद्धांत दर्शाता है कि आप दोष-मुक्त सामग्री तेजी से उगा सकते हैं, यदि आप विकास के दौरान समय-समय पर दोषों को घोल दें।' यह अंतर्दृष्टि सेमीकंडक्टर्स, सौर पैनल, बैटरियों और अन्य प्रौद्योगिकियों के उत्पादन में सुधार कर सकती है। इस शोध को अमेरिकन केमिकल सोसाइटी PRF न्यू डॉक्टोरल इन्वेस्टिगेटर ग्रांट, यू.एस. डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी और जापान सोसाइटी फॉर द प्रमोशन ऑफ साइंस द्वारा वित्त पोषित किया गया था।