Las estructuras y propiedades de los materiales a presiones y temperaturas extremadamente altas siguen siendo en gran medida "terra incógnita". El Prof. Leonid Dubrovinsky y sus socios de investigación utilizan una celda de yunque de diamante de dos etapas calentada con láser que construyeron para la síntesis de materiales en el rango de terapascales (1000 gigapascales). La difracción de rayos X de monocristal in situ se utiliza para la caracterización estructural simultánea de los materiales. Crédito:Timofey Fedotenko.
Jules Verne ni siquiera podía soñar con esto:un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth, junto con socios internacionales, ha ampliado los límites de la investigación de alta presión y alta temperatura en dimensiones cósmicas. Por primera vez han logrado generar y analizar simultáneamente materiales bajo presiones de compresión de más de un terapascal (1.000 gigapascales). Tales presiones extremadamente altas prevalecen, por ejemplo, en el centro del planeta Urano; son más de tres veces más altas que la presión en el centro de la Tierra. En Naturaleza , los investigadores presentan el método que han desarrollado para la síntesis y el análisis estructural de nuevos materiales.
Los modelos teóricos predicen estructuras y propiedades muy inusuales de los materiales en condiciones extremas de presión y temperatura. Pero hasta ahora, estas predicciones no se pudieron verificar en experimentos a presiones de compresión de más de 200 gigapascales. Por un lado, son necesarios requisitos técnicos complejos para exponer muestras de materiales a presiones tan extremas y, por otro lado, se carecía de métodos sofisticados para análisis estructurales simultáneos. Los experimentos publicados en Nature por lo tanto, abra dimensiones completamente nuevas para la cristalografía de alta presión:ahora se pueden crear y estudiar materiales en el laboratorio que existen, si es que existen, solo bajo presiones extremadamente altas en la inmensidad del universo.
"El método que hemos desarrollado nos permite por primera vez sintetizar nuevas estructuras materiales en el rango de terapascales y analizarlas in situ, es decir, mientras el experimento aún se está ejecutando. De esta manera, aprendemos sobre estados y propiedades previamente desconocidos. 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. Extremely hard yet metallically conductive:Researchers develop novel material with high-tech prospects
