La cella a incudine di diamante è una macchina utilizzata dai fisici per mettere i campioni a pressioni estremamente elevate (fino a ~ 360 gigapascal) allo scopo di ricercarne le proprietà, comprese le transizioni di fase, il legame atomico, i livelli di viscosità e di diffrazione e la struttura cristallografica. Le celle a incudine di diamante possono simulare pressioni di milioni di atmosfere, ricreando condizioni simili a quelle al centro della Terra o all’interno dei giganti gassosi. Sono tra i pochi apparati di laboratorio in grado di creare forme di materia degenerata come l’idrogeno metallico.
Le celle a incudine diamantate funzionano secondo un principio semplice: esercitando una grande quantità di forza su una piccola area, si può ottenere una pressione netta enorme. L’incudine di diamante, successore delle incudini in lega di carbonio-tungsteno, è stata inventata dai ricercatori Weir, Lippincott, Van Valkenburg e Bunting alla fine degli anni ‘1950 come parte del loro lavoro presso il National Bureau of Standards (NBS). Oltre ad essere il materiale più duro disponibile all’epoca e praticamente incomprimibile, il diamante è trasparente, rendendo facile la visualizzazione dei campioni sperimentali mentre vengono compressi. Aiuta anche nella conduzione di esperimenti spettroscopici.
Tre componenti principali costituiscono la cellula dell’incudine di diamante. I primi sono due diamanti impeccabili, con un peso da 1/8 a 1/3 carati, con facce parallele che si contrappongono. Il culet, il punto in cui i due diamanti entrano in contatto, ha solitamente un diametro di circa 0.6 mm. Per esperimenti che richiedono pressioni ancora più elevate, il culet può essere reso ancora più piccolo.
Il secondo componente della cella a incudine diamantata è un dispositivo che esercita forza, premendo i diamanti l’uno contro l’altro da entrambi i lati. Queste possono essere viti che si stringono, pressione del gas contro una membrana o un semplice braccio di leva. Il terzo componente dell’incudine diamantata è una guarnizione metallica che circonda il perimetro del culet, contiene il campione e fornisce resistenza alla compressione sui bordi, diminuendo la possibilità di rottura dell’incudine.
La cella a incudine di diamante è un importante strumento che ci consente di simulare pressioni che altrimenti non vedremmo mai, dandoci accesso a un mondo di materiali che altrimenti non sarebbero osservabili.