Så meget pres som Uranus-kernen:Den første forskning og undersøgelse af materialesyntese i terapascal-området

Jules Verne kunne ikke engang drømme om dette:Et forskerhold fra University of Bayreuth har sammen med internationale partnere rykket grænserne for højtryks- og højtemperaturforskning til kosmiske dimensioner. For første gang er det lykkedes dem at generere og samtidig analysere materialer under kompressionstryk på mere end én terapascal (1.000 gigapascal). Sådanne ekstremt høje tryk hersker for eksempel i centrum af planeten Uranus; de er mere end tre gange højere end trykket i Jordens centrum. I Naturen , præsenterer forskerne den metode, de har udviklet til syntese og strukturel analyse af nye materialer.

Teoretiske modeller forudsiger meget usædvanlige strukturer og egenskaber af materialer under ekstreme tryk-temperaturforhold. Men indtil videre kunne disse forudsigelser ikke verificeres i eksperimenter ved kompressionstryk på mere end 200 gigapascal. På den ene side er komplekse tekniske krav nødvendige for at udsætte materialeprøver for sådanne ekstreme tryk, og på den anden side manglede sofistikerede metoder til samtidige strukturelle analyser. Eksperimenterne offentliggjort i Nature åbner derfor helt nye dimensioner for højtrykskrystallografi:materialer kan nu skabes og studeres i det laboratorium, der eksisterer – hvis overhovedet – kun under ekstremt høje tryk i universets vidder.

"Den metode, vi har udviklet, gør os i stand til for første gang at syntetisere nye materialestrukturer i terapascalområdet og analysere dem in situ - altså:mens eksperimentet stadig kører. På denne måde lærer vi om hidtil ukendte tilstande, egenskaber 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. + Udforsk yderligere

Extremely hard yet metallically conductive:Researchers develop novel material with high-tech prospects