Le strutture e le proprietà dei materiali a pressioni e temperature estremamente elevate sono ancora in gran parte "terra incognita". Il Prof. Leonid Dubrovinsky ei suoi partner di ricerca utilizzano una cella a incudine diamantata a due stadi riscaldata al laser che hanno costruito per la sintesi di materiali nella gamma terapascal (1000 gigapascal). La diffrazione di raggi X a cristallo singolo in situ viene utilizzata per la caratterizzazione strutturale simultanea dei materiali. Credito:Timofey Fedotenko.
Jules Verne non poteva nemmeno sognarlo:un gruppo di ricerca dell'Università di Bayreuth, insieme a partner internazionali, ha spinto i confini della ricerca ad alta pressione e ad alta temperatura nelle dimensioni cosmiche. Per la prima volta sono riusciti a generare e analizzare contemporaneamente materiali a pressioni di compressione di più di un terapascal (1.000 gigapascal). Pressioni così elevatissime prevalgono, ad esempio, al centro del pianeta Urano; sono più di tre volte superiori alla pressione al centro della Terra. Nella Natura , i ricercatori presentano il metodo che hanno sviluppato per la sintesi e l'analisi strutturale di nuovi materiali.
I modelli teorici prevedono strutture e proprietà molto insolite dei materiali in condizioni di pressione-temperatura estreme. Ma finora, queste previsioni non possono essere verificate in esperimenti a pressioni di compressione superiori a 200 gigapascal. Da un lato, sono necessari complessi requisiti tecnici per esporre campioni di materiale a pressioni così estreme e, dall'altro, mancavano metodi sofisticati per analisi strutturali simultanee. Gli esperimenti pubblicati su Natura apre quindi dimensioni completamente nuove per la cristallografia ad alta pressione:ora possono essere creati e studiati in laboratorio materiali che esistono, se non del tutto, solo a pressioni estremamente elevate nella vastità dell'universo.
"Il metodo che abbiamo sviluppato ci consente per la prima volta di sintetizzare nuove strutture materiali nell'intervallo terapascal e di analizzarle in situ, ovvero:mentre l'esperimento è ancora in corso. In questo modo, apprendiamo stati e proprietà precedentemente sconosciuti and structures of crystals and can significantly deepen our understanding of matter in general. Valuable insights can be gained for the exploration of terrestrial planets and the synthesis of functional materials used in innovative technologies," explains Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky of the Bavarian Geoinstitute ( BGI) at the University of Bayreuth, the first author of the publication.
In their new study, the researchers show how they have generated and visualized in situ novel rhenium compounds using the now discovered method. The compounds in question are a novel rhenium nitride (Re₇N₃) and a rhenium-nitrogen alloy. These materials were synthesized under extreme pressures in a two-stage diamond anvil cell heated by laser beams. Synchrotron single-crystal X-ray diffraction enabled full chemical and structural characterization.
"Two and a half years ago, we were very surprised in Bayreuth when we were able to produce a superhard metallic conductor based on rhenium and nitrogen that could withstand even extremely high pressures. If we apply high-pressure crystallography in the terapascal range in the future, we may make further surprising discoveries in this direction. The doors are now wide open for creative materials research that generates and visualizes unexpected structures under extreme pressures," says the study's lead author, Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia from the Laboratory of Crystallography at the University of Bayreuth. + Esplora ulteriormente
