El oro es un material extremadamente importante para los experimentos de alta presión y se considera el "estándar de oro" para calcular la presión en los experimentos de celdas de yunque de diamante estáticas. Cuando se comprime lentamente a temperatura ambiente (del orden de segundos a minutos), el oro prefiere ser la estructura cúbica centrada en las caras (fcc) a presiones de hasta tres veces el centro de la Tierra.

Sin embargo, Investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y la Institución Carnegie de Washington han descubierto que cuando el oro se comprime rápidamente en nanosegundos (una mil millonésima de segundo), el aumento de presión y temperatura cambia la estructura cristalina a una nueva fase de oro. Esta conocida estructura cúbica centrada en el cuerpo (bcc) se transforma en una estructura cristalina más abierta que la estructura fcc. Estos resultados fueron publicados recientemente en Cartas de revisión física .

"Descubrimos una nueva estructura en oro que existe en estados extremos:dos tercios de la presión que se encuentra en el centro de la Tierra, "dijo el autor principal Richard Briggs, investigador postdoctoral en LLNL. "La nueva estructura en realidad tiene un empaque menos eficiente a presiones más altas que la estructura inicial, lo cual fue sorprendente considerando la gran cantidad de predicciones teóricas que apuntaban a estructuras más compactas que deberían existir ".

Los experimentos se llevaron a cabo en el Sector de Compresión Dinámica (DCS) en la Fuente de Fotones Avanzada, Laboratorio Nacional Argonne. DCS es la primera instalación de rayos X de sincrotrón dedicada a la ciencia de la compresión dinámica. Estos experimentos de usuario fueron algunos de los primeros realizados en Hutch-C, la estación láser de alta energía dedicada de DCS. El oro era el tema ideal para estudiar debido a su alta Z (que proporciona una fuerte señal de dispersión de rayos X) y su diagrama de fase relativamente inexplorado a altas temperaturas.

El equipo descubrió que la estructura del oro comenzó a cambiar a una presión de 220 GPa (2,2 millones de veces la presión atmosférica de la Tierra) y comenzó a derretirse cuando se comprimió más allá de 250 GPa.

"La observación de oro líquido a 330 GPa es asombrosa, ", Dijo Briggs." Esta es la presión en el centro de la Tierra y es más de 300 GPa más alta que las mediciones anteriores de oro líquido a alta presión ".

La transición de la estructura fcc a la bcc es quizás una de las transiciones de fase más estudiadas debido a su importancia en la fabricación de acero. donde las altas temperaturas o el estrés provocan un cambio en la estructura entre las dos estructuras fcc / bcc. Sin embargo, no se sabe qué mecanismo de transición de fase es responsable. Los resultados del equipo de investigación muestran que el oro se somete a la misma transición de fase antes de que se derrita. como consecuencia tanto de la presión como de la temperatura, y los experimentos futuros que se centren en el mecanismo de la transición pueden ayudar a aclarar los detalles clave de esta importante transición para la fabricación de aceros fuertes.

"Muchos de los modelos teóricos del oro que se utilizan para comprender el comportamiento de alta presión / alta temperatura no predijeron la formación de una estructura centrada en el cuerpo, solo dos de más de 10 trabajos publicados, ", Dijo Briggs." Nuestros resultados pueden ayudar a los teóricos a mejorar sus modelos de elementos bajo compresión extrema y mirar hacia el uso de esos nuevos modelos para examinar los efectos de los enlaces químicos para ayudar al desarrollo de nuevos materiales que se pueden formar en estados extremos ".