천왕성의 중심처럼: 극한의 압력 하에서 물질이 어떻게 작용하는가

Nov 17, 2023

By University of Bayreuth2022년 12월 29일

극도로 높은 압력과 온도에서 재료의 구조와 특성은 여전히 ​​대부분 "미지의 영역"입니다. Leonid Dubrovinsky 교수와 그의 연구 파트너는 테라파스칼 범위(1000기가파스칼)의 물질 합성을 위해 제작한 레이저 가열 2단계 다이아몬드 앤빌 셀을 사용합니다. 현장 단결정 X선 회절은 재료의 동시 구조적 특성 분석에 사용됩니다. 크레딧: Timofey Fedotenko

새로운 방법으로 최초로 테라파스칼 범위의 재료 합성 연구 및 연구가 가능해졌습니다.

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"}]"> 천왕성; 지구 중심의 압력보다 3배 이상 높습니다. Nature 저널에서 연구자들은 새로운 물질의 합성 및 구조 분석을 위해 개발한 방법을 제시합니다.

이론적 모델은 극한의 압력-온도 조건에서 재료의 매우 특이한 구조와 특성을 예측합니다. 그러나 지금까지 이러한 예측은 200기가파스칼 이상의 압축 압력에서의 실험에서는 검증되지 않았습니다. 한편으로는 재료 샘플을 이러한 극한 압력에 노출시키기 위해 복잡한 기술 요구 사항이 필요하고, 다른 한편으로는 동시 구조 분석을 위한 정교한 방법이 부족했습니다. 따라서 Nature에 발표된 실험은 고압 결정학에 완전히 새로운 차원을 열었습니다. 이제 광대한 우주의 극도로 높은 압력 하에서만 존재하는 물질을 실험실에서 생성하고 연구할 수 있습니다.

“우리가 개발한 방법을 사용하면 처음으로 테라파스칼 범위의 새로운 물질 구조를 합성하고 현장에서 분석할 수 있습니다. 즉, 실험이 계속 진행되는 동안 말입니다. 이러한 방식으로 우리는 이전에 알려지지 않은 결정의 상태, 속성 및 구조에 대해 배우고 물질 전반에 대한 이해를 크게 깊게 할 수 있습니다. 지구형 행성의 탐사와 혁신적인 기술에 사용되는 기능성 물질의 합성을 통해 귀중한 통찰력을 얻을 수 있습니다.” 주 저자이자 바이로이트 대학교 BGI(Bavarian Research Institute of Experimental Geochemistry and Geophysics)의 Leonid Dubrovinsky 교수 출판물의.

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"}]"> 합금. 이러한 물질은 레이저 빔으로 가열된 2단계 다이아몬드 앤빌 셀에서 극한의 압력 하에서 합성되었습니다. 싱크로트론 단결정 X선 회절을 통해 완전한 화학적 및 구조적 특성 분석이 가능해졌습니다.

“레늄-질소 시스템은 화학적 놀라움으로 가득 차 있습니다. 몇 년 전 우리가 백만 기압의 압력에서 특이한 다공성 화합물 ReN10과 극도로 높은 압축에도 견딜 수 있는 초경질 금속 전도체 ReN2를 생산했을 때 우리의 관심을 끌었습니다. 1테라파스칼에서의 합성을 통해 우리는 마침내 극한의 조건에서 Re-N 시스템에서 발생할 수 있는 화학적 변형에 대한 전체 그림을 얻을 수 있게 되었습니다.”라고 쾰른 대학 무기 화학 연구소의 Maxim Bykov 박사는 말했습니다.