| phys.org

Рекордно високий тиск відкриває таємниці деяких видів матерії

Рекордно високий тиск відкриває таємниці деяких видів матерії

Міжнародна група вчених, до складу якої увійшли вчені з Бейрутського університету (University of Bayreuth) і німецької дослідницької організації Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), створила статичний тиск, що має найвище значення з коли-небудь створюваних в лабораторних умовах. Використовуючи спеціальну установку, вчені досліджували поведінку і властивості металевого осмію при тиску 770 гігапаскалів, що в два рази перевищує тиск в центрі ядра Землі і що на 130 гігапаскалів вище попереднього світового рекорду, встановленого в минулому цією ж науковою групою. У ході експериментів вчені з’ясували дивовижний факт, що кристалічна структура осмію, на відміну від багатьох інших матеріалів, не змінюється навіть при самому високому тиску, але електрони при цьому зближуються на таку малу дистанцію, що вони починають взаємодіяти один з одним.

Результати цих досліджень мають важливе значення для розуміння фізичних і хімічних властивостей сильно стислої матерії. Це, у свою чергу, розкриє тонкощі деяких процесів, що відбуваються в надрах матеріалів величезних і важких конструкцій, у деяких точках яких може виникти тиск такого порядку. Крім цього, дослідження стислих матеріалів дозволять розробити наукові установки, в надрах яких будуть відтворюватися надзвичайні умови, присутні в надрах гігантських планет і зірок.

Металевий осмій (Os) є одним з унікальних хімічних елементів, самим щільним матеріалом, в якому укладено найбільшу кількість пов’язаної внутрішньої енергії, що має високу температуру плавлення і дуже високий ступінь міцності. Його твердість приблизно відповідає міцності алмазу. За його високої твердості осмій використовується в безлічі сплавів для виготовлення електричних контактів, зносостійких деталей механізмів і багато чого іншого.

"Високий тиск, як відомо, радикально впливає на властивості різних хімічних елементів. Такі метали, як натрій, під високим тиском стають прозорими й мають властивості діелектриків. Деякы гази, наприклад, кисень, під тиском стають електричними провідниками і навіть сверхпроводниками" - розповідає Наталія Дубровінська (Natalia Dubrovinskaia), вчений з Бейрутського університету, - "Тому ми очікували, що осмій, як і багато інших матеріалів, змінить свою кристалічну структуру під високим тиском".

Для створення надвисокого статичного тиску учені використовували спеціальну установку, основними елементами якої є "мікронаковальні" з нанокристалічного алмаза, розмір яких складає 10-20 мікрометрів. Матеріал ковадла складається із спресованих "зерен" нанорозмірних кристаликів алмазу. Наявність багатогранних кристаликів в цьому матеріалі дозволяє матеріалу більш рівномірно перерозподіляти тиск і витримувати надвисокий тиску на рівні від 400 до 770 ГПа при кімнатній температурі.

Для досліджень змін структури осмію під високим тиском вчені використовували джерела рентгенівського випромінювання високої інтенсивності PETRA III в DESY, ESRF у Франції і APS в США. Комбінація всіх зібраних даних і дозволила вченим з’ясувати, що осмій демонструє надзвичайно високий структурну стабільність і не змінює структуру своєї кристалічної решітки навіть при величезному тиску в 770 ГПа.

Під впливом високого тиску обсяг елементарної комірки кристалічної структури осмію зменшується, а рентгенівська дифракційна зйомка дозволила побачити деякі аномалії, що виникають в ході цього процесу. Звичайно зміни властивостей матеріалів під тиском пов’язані зі змінами конфігурації зовнішніх (валентних) електронів атомів. Але у випадку осмію джерелами аномалій стали взаємодії між внутрішніми (основними) електронами атомів, що підтверджує деякі з існуючих теорій. "Наша робота демонструє, що надвисокий статичний тиск може спонукати до взаємодії не тільки зовнішні, але і внутрішні електрони атомів" - пояснює Леонід Дубровінскій, - "І найцікавішим є те, що такий ефект виникає тільки в таких твердих металах, як осмій. Це відкриває нам захоплюючі можливості для пошуку і досліджень нових станів матерії, на базі яких можна буде розробити цілу масу нових унікальних технологій ".

Рекомендувати цей матеріал
X




забув пароль

реєстрація

X

X

надіслати мені новий пароль