世界要闻：材料在极端压力下的表现就像在天王星的中心

2022-12-29 21:45:18 来源：cnBeta

(资料图)

拜罗伊特大学的一个研究小组与包括科隆大学化学系的科学家在内的国际合作伙伴一起，将高压和高温研究的界限推向了宇宙级别。他们首次成功地生成并同时分析了压缩压力超过1太帕斯卡（1000千兆帕）的材料。例如，在天王星的中心普遍存在这种极高的压力；它们比地球中心的压力高三倍以上。在《自然》杂志上，研究人员介绍了他们开发的用于合成和分析新型材料的方法。

在极高的压力和温度下，材料的结构和特性在很大程度上仍然是 "未知的世界"。列昂尼德-杜布罗文斯基教授和他的研究伙伴使用他们建造的激光加热的两级金刚石砧板单元来合成太帕斯卡范围（1000千兆帕）的材料。原位单晶X射线衍射被用于材料的同步结构表征。

理论模型预测了极端压力-温度条件下材料的非常不寻常的结构和特性。但是到目前为止，这些预测无法在超过200千兆帕的压缩压力的实验中得到验证。一方面，将材料样品暴露在如此极端的压力下需要复杂的技术要求，另一方面，缺乏同时进行结构分析的复杂方法。因此，发表在《自然》杂志上的实验为高压晶体学开辟了全新的维度：现在可以在实验室中创造和研究只有在浩瀚的宇宙中极高压力下才存在的材料--如果有的话。

"我们开发的方法使我们第一次能够在太帕斯卡范围内合成新的材料结构，并在现场对其进行分析--也就是说：当实验仍在进行时。通过这种方式，我们可以了解到以前未知的晶体状态、特性和结构，并可以大大加深我们对一般物质的理解。"拜罗伊特大学巴伐利亚实验地球化学和地球物理研究所（BGI）的Leonid Dubrovinsky博士教授是该出版物的主要作者，他说："我们可以为探索陆地行星和合成用于创新技术的功能材料获得宝贵的见解。"

在他们的研究中，研究人员展示了他们如何使用现在开发的方法在原地生成和可视化的新型铼化合物。所涉及的化合物是一种新型氮化铼（Re7N3）和一种铼氮合金。这些材料是在极端压力下，在一个由激光束加热的两级金刚石砧池中合成的。同步辐射单晶X射线衍射法使得化学和结构特征得以全面描述。

"铼-氮系统充满了化学惊喜。几年前，它吸引了我们的注意，当时我们在一百万个大气压下生产了一种不寻常的多孔化合物ReN10，以及一种甚至可以承受极高压力的超硬金属导体ReN2。"科隆大学无机化学研究所的Maxim Bykov博士说："在一百万大气压下的合成最终使我们能够全面了解化学转化，在极端条件下Re-N系统中可能发生化学转化。"

"如果我们将来在太帕斯卡范围内应用高压晶体学，我们可能会在这个方向上取得更多令人惊讶的发现。"该研究的另一位主要作者，来自拜罗伊特大学晶体学实验室的Natalia Dubrovinskaia博士教授说："现在创造性材料研究的大门已经敞开，在极端压力下产生和可视化出乎意料的结构。"

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