惑星天王星の中心のように: 極度の圧力下で物質がどのように動作するか

Nov 17, 2023

バイロイト大学2022年12月29日

極度の高圧および高温における材料の構造と特性は、依然としてほとんどが「未知の領域」です。 レオニード・ドゥブロビンスキー教授と彼の研究パートナーは、テラパスカル範囲（1000ギガパスカル）の材料合成用に構築したレーザー加熱2段ダイヤモンドアンビルセルを使用している。 その場単結晶 X 線回折は、材料の構造特性を同時に評価するために使用されます。 クレジット: Timofey Fedotenko

新しい方法により、初めてテラパスカル範囲での材料合成の研究と研究が可能になりました。

Jules Verne could not have dreamed of this: A research team from the University of Bayreuth, together with international partners including scientists from the University of Cologne’s Department of Chemistry, has pushed the boundaries of high-pressure and high-temperature research into cosmic dimensions. They succeeded in generating and simultaneously analyzing materials under compression pressures of more than one terapascal (1,000 gigapascals) for the first time. Such extremely high pressures prevail, for example, at the center of the planet UranusUranus is the seventh farthest planet from the sun. It has the third-largest diameter and fourth-highest mass of planets in our solar system. It is classified as an "ice giant" like Neptune. Uranus' name comes from a Latinized version of the Greek god of the sky." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">天王星; それらは地球の中心の圧力よりも3倍以上高いです。 Nature 誌では、研究者らが新しい材料の合成と構造解析のために開発した方法を発表しています。

理論モデルは、極度の圧力と温度の条件下での材料の非常に異常な構造と特性を予測します。 しかし、これまでのところ、これらの予測は 200 ギガパスカルを超える圧縮圧力での実験では検証できませんでした。 一方で、材料サンプルをこのような極度の圧力にさらすには複雑な技術的要件が必要であり、他方では、同時構造解析のための洗練された方法が不足していました。 したがって、Nature に掲載された実験は、高圧結晶構造学のまったく新しい次元を切り開きます。つまり、広大な宇宙の超高圧下でのみ存在する物質を、実験室で作成して研究できるようになりました。

「私たちが開発した方法により、初めてテラパスカル範囲で新しい材料構造を合成し、その場で、つまり実験を継続しながら分析することが可能になりました。 このようにして、これまで知られていなかった結晶の状態、性質、構造について学び、物質一般についての理解を大幅に深めることができます。 地球型惑星の探査や革新的な技術で使用される機能性材料の合成に関して貴重な洞察が得られます」と筆頭著者であるバイロイト大学バイエルン実験地球化学・地球物理学研究所（BGI）のレオニード・ドゥブロビンスキー教授は述べています。出版物の。

In their study, the researchers show how they have generated and visualized in situ novel rhenium compounds using the now-developed method. The compounds in question are a novel rhenium nitride (Re7N3) and a rhenium-nitrogen alloyA mixture of two metallic elements typically used to give greater strength or higher resistance to corrosion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">合金。 これらの材料は、レーザー ビームで加熱された 2 段階のダイヤモンド アンビル セル内で極圧下で合成されました。 シンクロトロン単結晶 X 線回折により、完全な化学的および構造的特性評価が可能になりました。

「レニウム-窒素系は化学的に驚くべきことに満ちています。 数年前、100万気圧の圧力で珍しい多孔質化合物ReN10と、非常に高い圧縮にも耐えることができる超硬金属導体ReN2を製造したときに、私たちの注目を集めました。 1テラパスカルでの合成により、最終的に、極端な条件下でRe-N系で起こり得る化学変化の全体像を把握することができました」とケルン大学無機化学研究所のマキシム・ビコフ博士は述べています。