Un team di ricerca dell'Università di Bayreuth, insieme a partner internazionali, ha spinto i confini della ricerca sull'alta pressione e sull'alta temperatura alle misurazioni spaziali. Per la prima volta, sono stati in grado di creare e analizzare contemporaneamente materiali a una pressione di compressione di più di un terapascal (1.000 gigapascal).
Pressioni così elevatissime prevalgono, ad esempio, al centro del pianeta Urano; sono più di tre volte la pressione al centro della Terra. Sulla rivista Nature, i ricercatori presentano il loro metodo per la sintesi e l'analisi strutturale di nuovi materiali.
I modelli teorici prevedono strutture e proprietà molto insolite dei materiali in condizioni di pressione e temperatura estreme.
Ma finora, queste previsioni non sono state verificate in esperimenti a pressioni di compressione superiori a 200 gigapascal.
Da un lato, per sottoporre campioni di materiale a una pressione così estrema, sono necessari requisiti tecnici complessi e, dall'altro, non esistevano metodi sofisticati per l'analisi strutturale simultanea.
Gli esperimenti condotti aprono così possibilità completamente nuove per la cristallografia ad alta pressione: ora in laboratorio è possibile creare e studiare materiali che esistono - se non del tutto - solo a pressioni estremamente elevate nella vastità dell'universo.
Il metodo che abbiamo sviluppato consente per la prima volta di sintetizzare nuove strutture materiali nell'intervallo terapascal e di analizzarle sul posto, cioè durante l'esperimento. In questo modo, impariamo a conoscere stati, proprietà e strutture dei cristalli precedentemente sconosciuti e possiamo approfondire notevolmente la nostra comprensione della materia in generale. Si possono ottenere preziose idee per lo studio dei pianeti terrestri e la sintesi di materiali funzionali utilizzati nelle tecnologie innovative, spiega il professor Leonid Dubrovinsky del Bavarian Geo-Institute (BGI) dell'Università di Bayreuth.
Nel loro nuovo studio, gli scienziati mostrano come hanno creato e visualizzato in situ (in situ) nuovi composti di renio utilizzando un metodo aperto. I composti in esame sono il nuovo nitruro di renio (Re₇N3) e una lega di renio con azoto.
Questi materiali sono stati sintetizzati a pressioni estreme in una cella a incudine diamantata a due stadi riscaldata da raggi laser. La diffrazione di raggi X a cristallo singolo di sincrotrone ha consentito una caratterizzazione chimica e strutturale completa.
Due anni e mezzo fa siamo rimasti molto sorpresi quando siamo riusciti a realizzare un conduttore in metallo super duro a base di renio e azoto, in grado di resistere anche a pressioni estremamente elevate. Se applichiamo la cristallografia ad alta pressione nell'intervallo terapascal, in futuro potremo fare nuove incredibili scoperte in questa direzione. Le porte sono ora spalancate per la ricerca creativa sui materiali che creano e visualizzano strutture inaspettate sotto pressioni estreme", afferma l'autrice principale, la prof.ssa Natalia Dubrovinskaya del Laboratorio di cristallografia dell'Università di Bayreuth.
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature.
2022-05-12 13:58:41
Autore: Vitalii Babkin