Вуглець під тиском, що в 5 разів перевищує тиск ядра Землі, побиває кристалоутворюючий рекорд

Вуглець, четвертий за поширеністю елемент у Всесвіті, є будівельним матеріалом для всіх відомих форм життя, а також речовина, що міститься в глибині багатих вуглецем екзопланет.

Десятиліття великих досліджень вчених показали, що кристалічна структура вуглецю має великий вплив на його властивості. На додаток до графіту та алмазу, які є двома найпоширенішими вуглецевими структурами, виявленими під тиском навколишнього середовища, вчені передбачили багато нових структур вуглецю, які можна знайти під тиском більше 1000 гігапаскалів (ГПа). Ці тиски, приблизно в 2,5 рази Тиск В ядрі Землі це стосується моделювання екзопланет, але це було неможливо досягти в лабораторії.

Це поки що. За науковою програмою Discovery, яка дозволяє академічним вченим отримати доступ до провідного національного фонду запалювання (LIFL), міжнародна група дослідників на чолі з LLNL та Оксфордським університетом успішно виміряла вуглець при тиску до 2000 ГПа (в 5 разів тиск в Землі)., що майже вдвічі перевищує максимальний тиск, при якому безпосередньо досліджували кристалічну структуру. Результати були повідомлені сьогодні о природи.

“Ми напрочуд виявили, що за цих умов вуглець не перетворюється на жодну з передбачуваних стадій, але підтримує структуру алмазу при найвищому тиску”, – сказала Емі Дженні, фізик з LLNL, провідний автор дослідження. “Ті самі зв’язки між надміцними атомами (які потребують високих енергій руйнування), що відповідають за стабільну структуру алмазу вуглецю, що зберігається нескінченно довго при навколишньому тиску, також можуть перешкоджати його трансформації вище 1000 ГПа в наших експериментах”.

Академічну складову цієї співпраці очолив професор Джастін Варк з Оксфордського університету, який високо оцінив політику відкритого доступу лабораторії.

“Наукова програма NIF Discovery дуже корисна для наукової спільноти”, – сказав він. “Це не тільки дає можливість встановленим викладачам подавати пропозиції щодо експериментів, які було б неможливо провести в іншому місці, але, що ще важливіше, це дає можливість аспірантам, які є найкращими вченими майбутнього, працювати в абсолютно унікальному закладі. “

Команда, до якої також входили вчені з Рочестерської лабораторії лазерної енергії (LLE) та Університету Йорка, скористалася унікальною високою потужністю та енергією NIF та точним формуванням лазерних імпульсів для стиснення вуглецевої сталі до 2000 ГПа з використанням лазер з нахилом імпульсу. Це дозволило їм виміряти кристалічну структуру за допомогою рентгенівської дифракційної платформи та зробити наносекундний знімок атомної решітки. Ці експерименти майже подвоїли стандартний високий тиск, при якому на будь-якому матеріалі реєстрували дифракцію рентгенівських променів.

Дослідники виявили, що навіть потрапляючи в такі екстремальні умови, твердий вуглець зберігає свою алмазну структуру далеко від очікуваної системи стабільності, підтверджуючи прогнози, що міцність молекулярних зв’язків у алмазах продовжує перебувати під величезним тиском. Це призводить до великих енергетичних бар’єрів, які перешкоджають переходу до інших вуглецевих структур.

“Чи знайшла природа спосіб подолати високоенергетичний бар’єр для формування очікуваних фаз у внутрішніх частинах екзопланет, залишається відкритим питанням”, – сказала Дженні. Подальші вимірювання за допомогою альтернативного шляху тиску або ініціювання вкорінення з вуглець З атомними Будівництво Що вимагає менше енергії для перестановки, це забезпечить більше розуміння “.