Ученые создали рекордное давление — более одного терапаскаля
Исследовательская группа из Байройтского университета вместе с международными партнерами раздвинула границы исследований высоких давлений и высоких температур до космических измерений. Им впервые удалось создать и одновременно проанализировать материалы при давлении сжатия более одного терапаскаля (1000 гигапаскалей).
Такие чрезвычайно высокие давления преобладают, например, в центре планеты Уран; они более чем в три раза превышают давление в центре Земли. В журнале Nature исследователи представляют разработанный ими метод синтеза и структурного анализа новых материалов.
Теоретические модели предсказывают очень необычные структуры и свойства материалов в условиях экстремального давления и температуры.
Но пока эти предсказания не удалось проверить в экспериментах при давлениях сжатия более 200 гигапаскалей.
С одной стороны, чтобы подвергать образцы материалов такому экстремальному давлению, необходимы сложные технические требования, а с другой стороны, отсутствовали сложные методы одновременного структурного анализа.
Проведенные эксперименты, таким образом, открывают совершенно новые возможности для кристаллографии высокого давления: теперь в лаборатории можно создавать и изучать материалы, которые существуют — если вообще существуют — только при чрезвычайно высоких давлениях на просторах Вселенной.
«Разработанный нами метод позволяет впервые синтезировать новые материальные структуры в терапаскальном диапазоне и анализировать их на месте, то есть в ходе эксперимента. Таким образом, мы узнаем о ранее неизвестных состояниях, свойствах и структуры кристаллов и может значительно углубить наше понимание материи в целом. Ценные идеи могут быть получены для исследования планет земной группы и синтеза функциональных материалов, используемых в инновационных технологиях», — объясняет профессор Леонид Дубровинский из Баварского геоинститута (BGI) в Байройтском университете.
В своем новом исследовании ученые показывают, как они создали и визуализировали in situ (на месте) новые соединения рения с помощью открытого метода. Рассматриваемые соединения представляют собой новый нитрид рения (Re₇N3) и сплав рения с азотом.
Эти материалы были синтезированы при экстремальных давлениях в двухступенчатой ячейке с алмазными наковальнями, нагреваемой лазерными лучами. Синхротронная монокристаллическая рентгеновская дифракция позволила получить полную химическую и структурную характеристику.
«Два с половиной года назад мы были очень удивлены, когда нам удалось изготовить сверхтвердый металлический проводник на основе рения и азота, способный выдерживать даже экстремально высокие давления. Если применить кристаллографию высокого давления в терапаскальном диапазоне, то в будущем мы можем сделать новые удивительные открытия в этом направлении. Теперь двери широко открыты для творческих исследований материалов, которые создают и визуализируют неожиданные структуры в условиях экстремальных давлений», — говорит ведущий автор исследования, профессор, доктор наук Наталья Дубровинская из Лаборатории кристаллографии в Байройтском университете.
Исследование было опубликовано в журнале Nature.