El hierro es el elemento químico más estable y más pesado producido por nucleosíntesis en las estrellas. convirtiéndolo en el elemento pesado más abundante en el universo y en el interior de la Tierra y otros planetas rocosos.

Para comprender mejor el comportamiento del hierro a alta presión, un físico del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) y colaboradores internacionales descubrieron las transiciones de fase de subnanosegundos en el hierro sometido a descargas láser. La investigación aparece en la edición del 5 de junio de la revista. Avances de la ciencia .

La investigación podría ayudar a los científicos a comprender mejor la física, química y las propiedades magnéticas de la Tierra y otros planetas mediante la medición de difracciones de rayos X de alta resolución resueltas en el tiempo durante toda la duración de la compresión del choque. Esto permite la observación del momento del inicio de la compresión elástica a 250 picosegundos y la observación inferida de estructuras de tres ondas entre 300-600 picosegundos. La difracción de rayos X revela que la famosa transformación de fase de hierro (Fe) ambiental a Fe a alta presión ocurre en 50 picosegundos.

En condiciones ambientales, el hierro metálico es estable como forma cúbica centrada en el cuerpo, pero a medida que las presiones superan los 13 gigapascales (130, 000 veces la presión atmosférica en la Tierra), el hierro se transforma en una estructura compacta hexagonal no magnética. Esta transformación no tiene difusión, y los científicos pueden ver la coexistencia de las fases ambiental y de alta presión.

Todavía hay debates sobre la ubicación de los límites de fase del hierro, así como la cinética de esta transición de fase.

El equipo utilizó una combinación de una bomba de láser óptico y una sonda de láser de electrones libres de rayos X (XFEL) para observar la evolución estructural atómica del hierro comprimido por choque a una resolución de tiempo sin precedentes. unos 50 picosegundos a alta presión. La técnica mostró todos los tipos de estructura conocidos del hierro.

Los miembros del equipo incluso descubrieron la aparición de nuevas fases después de 650 picosegundos con densidades similares o incluso inferiores a la de la fase ambiental.

"Esta es la primera observación directa y completa de la propagación de ondas de choque asociada con los cambios estructurales del cristal registrados por datos de series de tiempo de alta calidad, "dijo el físico de LLNL Hyunchae Cynn, coautor del artículo.

El equipo observó la evolución temporal de tres ondas por el elástico, plástico y la transición de la fase de deformación a la fase de alta presión, seguido de fases posteriores a la compresión debido a ondas de rarefacción en intervalos de 50 picosegundos entre 0 y 2,5 nanosegundos después de la irradiación con el láser óptico.

Experimentos adicionales pueden conducir a una mejor comprensión de cómo se formaron los planetas rocosos o si tienen un océano de magma en el interior.