Une équipe de recherche de l'Université de Bayreuth, en collaboration avec des partenaires internationaux, a repoussé les limites de la recherche sur les hautes pressions et les hautes températures jusqu'aux mesures spatiales. Pour la première fois, ils ont pu créer et analyser simultanément des matériaux à une pression de compression de plus d'un terapascal (1 000 gigapascals).
De telles pressions extrêmement élevées prévalent, par exemple, au centre de la planète Uranus ; ils sont plus de trois fois la pression au centre de la Terre. Dans la revue Nature, les chercheurs présentent leur méthode de synthèse et d'analyse structurale de nouveaux matériaux.
Les modèles théoriques prédisent des structures et des propriétés très inhabituelles des matériaux dans des conditions de pression et de température extrêmes.
Mais jusqu'à présent, ces prédictions n'ont pas été vérifiées dans des expériences à des pressions de compression supérieures à 200 gigapascals.
D'une part, pour soumettre des échantillons de matériaux à une pression aussi extrême, des exigences techniques complexes sont nécessaires et, d'autre part, il n'existait pas de méthodes sophistiquées d'analyse structurelle simultanée.
Les expériences réalisées ouvrent ainsi des possibilités complètement nouvelles pour la cristallographie à haute pression : désormais, en laboratoire, il est possible de créer et d'étudier des matériaux qui n'existent - le cas échéant - qu'à des pressions extrêmement élevées dans l'immensité de l'univers.
La méthode que nous avons développée permet pour la première fois de synthétiser de nouvelles structures matérielles dans la gamme terapascal et de les analyser sur place, c'est-à-dire pendant l'expérience. De cette façon, nous apprenons des états, des propriétés et des structures de cristaux jusque-là inconnus et pouvons considérablement approfondir notre compréhension de la matière en général. Des idées précieuses peuvent être obtenues pour l'étude des planètes telluriques et la synthèse de matériaux fonctionnels utilisés dans des technologies innovantes, explique le professeur Leonid Dubrovinsky du Bavarian Geo-Institute (BGI) de l'Université de Bayreuth.
Dans leur nouvelle étude, les scientifiques montrent comment ils ont créé et visualisé in situ (in situ) de nouveaux composés de rhénium à l'aide d'une méthode ouverte. Les composés considérés sont le nouveau nitrure de rhénium (Re₇N3) et un alliage de rhénium avec de l'azote.
Ces matériaux ont été synthétisés à des pressions extrêmes dans une cellule à enclume en diamant à deux étages chauffée par des faisceaux laser. La diffraction des rayons X sur monocristal synchrotron a permis une caractérisation chimique et structurale complète.
Il y a deux ans et demi, nous avons été très surpris lorsque nous avons réussi à fabriquer un conducteur en métal super-dur à base de rhénium et d'azote, capable de résister à des pressions même extrêmement élevées. Si nous appliquons la cristallographie à haute pression dans la gamme terapascal, nous pourrons à l'avenir faire de nouvelles découvertes étonnantes dans cette direction. Les portes sont maintenant grandes ouvertes pour la recherche créative sur des matériaux qui créent et visualisent des structures inattendues sous des pressions extrêmes », déclare l'auteur principal, le professeur Natalia Dubrovinskaya du Laboratoire de cristallographie de l'Université de Bayreuth.
L'étude a été publiée dans la revue Nature.
2022-05-12 13:58:41
Auteur: Vitalii Babkin