儒勒·凡爾納甚至做夢也想不到:拜羅伊特大學的一個研究小組與國際合作伙伴一起,將高壓和高溫研究的界限推向了宇宙維度。他們第一次成功地在超過 1 太帕(1,000 吉帕)的壓縮壓力下生成并同時分析材料。例如,在天王星的中心,這種極高的壓力盛行;它們比地球中心的壓力高出三倍以上。在《自然》雜志上,研究人員展示了他們為新型材料的合成和結構分析而開發的方法。
理論模型預測極端壓力-溫度條件下材料的非常不尋常的結構和特性。但到目前為止,這些預測無法在超過 200 吉帕的壓縮壓力下的實驗中得到驗證。一方面,將材料樣品暴露在如此極端的壓力下需要復雜的技術要求,另一方面,缺乏同時進行結構分析的復雜方法。因此,發表在《自然》雜志上的實驗為高壓晶體學開辟了全新的維度:現在可以在實驗室中創建和研究材料——如果有的話——只有在浩瀚宇宙中的極高壓力下才能存在。
“我們開發的方法使我們首次能夠在太帕斯卡范圍內合成新的材料結構并就地分析它們——也就是說:在實驗仍在進行的同時。通過這種方式,我們可以了解以前未知的晶體狀態、性質和結構,并且可以大大加深我們對一般物質的理解。可以為探索類地行星和合成用于創新技術的功能材料獲得寶貴的見解,”該出版物的第一作者、拜羅伊特大學巴伐利亞地球研究所 (BGI) 的 Leonid Dubrovinsky 教授解釋說。
在他們的新研究中,研究人員展示了他們如何使用現在發現的方法原位生成和可視化新型錸化合物。所討論的化合物是一種新型氮化錸(Re?N?)和一種錸-氮合金。這些材料是在極端壓力下在由激光束加熱的兩級金剛石砧座中合成的。同步加速器單晶 X 射線衍射實現了完整的化學和結構表征。“兩年半前,當我們在拜羅伊特生產出一種基于錸和氮的超硬金屬導體,甚至可以承受極高的壓力時,我們感到非常驚訝。如果我們將來在太帕斯卡范圍內應用高壓晶體學,我們可能會在這個方向上做出進一步的驚人發現。
與巴伐利亞地球研究所 (BGI) 和拜羅伊特大學晶體學實驗室一起,許多其他研究合作伙伴參與了《自然》雜志上發表的研究工作:科隆大學、林雪平大學、德國漢堡電子同步加速器 DESY 、格勒諾布爾的歐洲同步輻射裝置和芝加哥大學的先進輻射源中心。