Tjek jern under tryk

Jern er det mest stabile og tungeste kemiske grundstof produceret ved nukleosyntese i stjerner, gør det til det mest udbredte tunge element i universet og i det indre af Jorden og andre klippeplaneter.

For at få en bedre forståelse af jerns højtryksadfærd, en Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) fysiker og internationale samarbejdspartnere opdagede subnanosekunds faseovergange i laserchokerede jern. Forskningen vises i 5. juni-udgaven af ​​tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Forskningen kunne hjælpe forskere med bedre at forstå fysikken, kemi og de magnetiske egenskaber af Jorden og andre planeter ved at måle tidsopløste røntgendiffraktioner med høj opløsning i hele varigheden af ​​stødkomprimering. Dette tillader observation af tidspunktet for starten af ​​elastisk kompression ved 250 picosekunder og den udledte observation af tre-bølge strukturer mellem 300-600 picosekunder. Røntgendiffraktionen afslører, at den berømte fasetransformation fra omgivende jern (Fe) til højtryks-Fe sker inden for 50 picosekunder.

Ved omgivende forhold, metallisk jern er stabilt som en kropscentreret kubisk form, men når trykket stiger over 13 gigapascal (130, 000 gange det atmosfæriske tryk på Jorden), jern omdannes til en ikke-magnetisk sekskantet tætpakket struktur. Denne transformation er diffusionsløs, og videnskabsmænd kan se sameksistensen af ​​både omgivelses- og højtryksfasen.

Der er stadig debatter om placeringen af ​​fasegrænserne for jern samt kinetikken af ​​denne faseovergang.

Holdet brugte en kombination af en optisk laserpumpe og X-ray Free Electron Laser (XFEL) sonde til at observere den atomare strukturelle udvikling af stødkomprimeret jern med en hidtil uset tidsopløsning, omkring 50 picosekunder under højtryk. Teknikken viste alle jerns kendte strukturtyper.

Teammedlemmer opdagede endda udseendet af nye faser efter 650 picosekunder med tætheder svarende til eller endda lavere end den omgivende fase.

"Dette er den første direkte og fuldstændige observation af stødbølgeudbredelse forbundet med de krystalstrukturelle ændringer registreret af tidsseriedata af høj kvalitet, " sagde LLNL fysiker Hyunchae Cynn, medforfatter til papiret.

Holdet observerede tre-bølge tidsmæssig udvikling af elastikken, plastik og den deformationelle fase overgang til højtryksfasen, efterfulgt af efterkomprimeringsfaser på grund af sjældne bølger i intervaller på 50 picosekunder mellem 0 og 2,5 nanosekunder efter bestråling med den optiske laser.

Yderligere eksperimenter kan føre til en bedre forståelse af, hvordan klippeplaneter blev dannet, eller om de har et magmahav i det indre.