Tam iki yüzyıl uğraştıktan sonra, bilim insanları nihayet dolomit mineralini laboratuvarda büyütmeyi başardı ve 'Dolomit Problemi' olarak bilinen uzun süredir devam eden jeolojik bilmeceyi çözdü. Michigan Üniversitesi ve Japonya'daki Hokkaido Üniversitesi'nden araştırmacılar, detaylı atomik simülasyonlara dayanan yeni bir teori geliştirerek başarıya ulaştı.
Dolomit, İtalya'daki Dolomit dağları, Niagara Şelaleleri ve Utah'ın Hoodoos kayalıkları gibi ikonik yerlerde bulunan yaygın bir mineral. 100 milyon yıldan daha eski kayalarda bolca bulunuyor, ancak daha yakın zamanlı ortamlarda oluştuğu nadiren görülüyor - ki bu da nesiller boyu bilim insanlarının kafasını kaşımasına neden oldu.
Anahtar buluş, dolomitin oluşumunu neyin bozduğunu anlamaktı. Yapısı kalsiyum ve magnezyumun alternatif katmanlarından oluşuyor, ancak bu elementler büyüme sırasında genellikle rastgele bağlanarak yapısal kusurlar yaratıyor ve ilerlemeyi engelliyor. Bu hatalı hızda, tek bir düzgün sıralanmış katman oluşturmak 10 milyon yıla kadar sürebiliyor.
Araştırmacılar bu kusurların kalıcı olmadığını fark etti. Yerinden oynamış atomlar daha az stabil ve suya maruz kaldıklarında çözünmeye daha yatkın. Doğada, yağmur veya gelgit değişimleri gibi döngüler bu hatalı alanları tekrar tekrar yıkıyor. Zamanla bu, yüzeyi temizleyerek yeni, düzgün dizilmiş katmanların oluşmasını sağlıyor ve dolomitin jeolojik dönemler yerine jeolojik ebediyetler boyunca birikmesine izin veriyor.
Bunu test etmek için ekip, genellikle muazzam bilgi işlem gücü gerektiren atomik etkileşimleri modellemek zorundaydı. Michigan Üniversitesi'nin Tahmine Dayalı Yapı Malzeme Bilimi (PRISMS) Merkezi'ndeki araştırmacılar, zorluğu basitleştiren bir yazılım geliştirdi. 'Her atomik adım normalde bir süper bilgisayarda 5.000'den fazla CPU saat alırdı. Artık aynı hesaplamayı bir masaüstü bilgisayarda 2 milisaniyede yapabiliyoruz,' dedi çalışmanın ilk yazarı Joonsoo Kim.
Deneysel kanıt için, Hokkaido Üniversitesi'nden Yuki Kimura ve Tomoya Yamazaki, bir transmisyon elektron mikroskobunu alışılmadık bir şekilde kullandı. İki saat boyunca bir çözeltideki küçük bir kristal üzerinde elektron demetini 4.000 kez titreştirerek, demetin suyu ayırma ve asit oluşturma yeteneğini, oluşan kusurları çözmek için kullandılar. Kristal yaklaşık 100 nanometreye büyüdü - bu da yaklaşık 300 dolomit katmanına karşılık geliyor ve önceki rekor olan beş katmandan çok uzakta.
Bu kadim gizemi çözmenin modern çıkarımları var. 'Teorimiz gösteriyor ki, büyüme sırasında kusurları periyodik olarak çözerseniz, kusursuz malzemeleri hızlıca büyütebilirsiniz,' dedi iletişim yazarı Wenhao Sun. Bu içgörü, yarı iletkenler, güneş panelleri, piller ve diğer teknolojilerin üretimini iyileştirebilir. Araştırma, Amerikan Kimya Derneği PRF Yeni Doktora Araştırmacısı hibesi, ABD Enerji Bakanlığı ve Japon Bilimi Teşvik Derneği tarafından finanse edildi.