Группа физиков и геологов преуспела в синтезе монокристаллического железа в форме, которую оно имеет в ядре Земли.
В своей статье ученые описывают, как они использовали экспериментальный подход для синтеза чистого монокристаллического ε-железа, и возможные варианты использования этого материала.
Пытаясь понять внутренний состав Земли, ученым приходилось полагаться в основном на сейсмологические данные. Такие исследования привели ученых к мысли, что ядро твердое и окружено жидкостью. Но некоторые вопросы остались.
Например, еще в 1980-х годах исследования показали, что сейсмические волны быстрее распространяются по Земле, когда перемещаются от полюса к полюсу, чем от экватора к экватору, и никто не мог объяснить почему.
Большинство теорий предполагают, что это, вероятно, связано со структурой железа в ядре. Многие специалисты в этой области согласны с тем, что если бы тот тип железа, который существует в ядре, можно было бы изготовить и испытать на поверхности, на такие вопросы можно было бы ответить с достаточной степенью уверенности.
Но сделать это оказалось непросто из-за разрушения во время синтеза. В новой работе исследовательская группа нашла способ обойти такие проблемы и тем самым синтезировать тип железа, который можно использовать для проверки свойств железа в ядре Земли.
Работа группы включала сжатие образца α-железа под давлением 7 ГПа. Это привело к тому, что его температура поднялась примерно до 800 Кельвинов и к трансформации его структуры в кристаллы γ-железа.
Повышенное давление подтолкнуло γ-железо к образованию железа с ε-структурой — монокристаллов, которые, как полагают, относятся к тем же типам, что и железо в ядре Земли.
Исследовательская группа провела эксперименты, которые показали, что эластичность их ε-железа, зависящая от направления, ведет себя так же, как железо в ядре Земли, при этом вибрации распространяются быстрее вдоль одной оси сферы, чем вдоль другой.
Ученые предполагают, что их подход можно использовать для создания образцов железа для проверки теорий о составе ядра Земли.
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.