|  | 28 августа 2015 | Новости науки и техники

Рекордно высокое давление "выжимает" тайны из некоторых видов материи

Сжатие осмия


Международная группа ученых, в состав которой вошли ученые из Байройтского университета (University of Bayreuth) и германской исследовательской организации Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), создала статическое давление, имеющее самое высокое значение из когда-либо создаваемых в лабораторных условиях. Используя специальную установку, ученые исследовали поведение и свойства металлического осмия при давлении 770 гигапаскалей, что в два раза превышает давление в центре ядра Земли и что на 130 гигапаскалей выше предыдущего мирового рекорда, установленного в прошлом этой же научной группой. В ходе экспериментов ученые выяснили удивительный факт, заключающийся в том, что кристаллическая структура осмия, в отличие от многих других материалов, не изменяется даже при самом высоком давлении, но электроны при этом сближаются на столь малую дистанцию, что они начинают взаимодействовать друг с другом.

Результаты этих исследований имеют важное значение для понимания физических и химических свойств сильно сжатой материи. Это, в свою очередь, прольет свет на тонкости некоторых процессов, происходящих в недрах материалов огромных и тяжелых конструкций, где также в некоторых точках могут возникать давления подобного порядка. Кроме этого, исследования сжатых материалов позволят разработать научные установки, в недрах которых будут воспроизводиться чрезвычайные условия, присутствующие в недрах гигантских планет и звезд.

Металлический осмий (Os) является одним из уникальных химических элементов, самым плотным материалом, в котором заключено самое большое количество связанной внутренней энергии, имеющим высокую температуру плавления и очень высокую степень прочности, твердость, которая приблизительно соответствует степени прочности алмаза. Из-за его высокой твердости осмий используется во множестве сплавов, применяемых для изготовления электрических контактов, износоустойчивых деталей механизмов и многого другого.

"Высокое давление, как известно, радикально влияет на многие свойства различных химических элементов, такие металлы, как натрий, под высоким давлением становятся прозрачными и обретают свойства диэлектриков. Газы, такие, как кислород, под давлением становятся электрическими проводниками и даже сверхпроводниками" - рассказывает Наталия Дубровинская (Natalia Dubrovinskaia), ученая из Байройтского университета, - "Поэтому мы ожидали, что осмий, как и многие другие материалы, изменит свою кристаллическую структуру под высоким давлением".

Алмазная наковальня


Для создания сверхвысокого статического давления ученые использовали специальную установку, основными элементами которой являются "микронаковальни" из нанокристаллического алмаза, размер которых составляет 10-20 микрометров. Материал наковальни состоит из спрессованных "зерен" наноразмерных кристалликов алмаза. Наличие многогранных кристалликов в этом материале позволяет материалу более равномерно перераспределять прикладываемое давление и выдерживать сверхвысокие давления на уровне от 400 до 770 ГПа при комнатной температуре.

Для исследований изменений структуры осмия под высоким давлением ученые использовали источники рентгеновского излучения высокой интенсивности PETRA III в DESY, ESRF во Франции и APS в США. Комбинация всех собранных данных и позволила ученым выяснить, что осмий демонстрирует чрезвычайно высокую структурную стабильность и не меняет структуру своей кристаллической решетки даже при огромном давлении в 770 ГПа.

Под влиянием высокого давления объем элементарной ячейки кристаллической структуры осмия уменьшается, а рентгеновская дифракционная съемка позволила увидеть некоторые аномалии, возникающие в ходе этого процесса. Обычно изменения свойств материалов под давлением связаны с изменениями конфигурации внешних (валентных) электронов атомов. Но в случае осмия источниками аномалий стали взаимодействия между внутренними (основными) электронами атомов, что подтверждает некоторые из существующих теорий. "Наша работа демонстрирует, что сверхвысокое статическое давление может побудить к взаимодействию не только внешние, но и внутренние электроны атомов" - объясняет Леонид Дубровинский, - "И самым интересным является то, что такой эффект возникает только в таких твердых несжимаемых металлах, как осмий. Это открывает нам захватывающие возможности для поиска и исследований новых состояний материи, на базе которых можно будет разработать целую массу новых уникальных технологий".




Ключевые слова:
Давление, Алмаз, Наковальня, Рекорд, Осмий, Кристаллическая, Структура, Электрон, Взаимодействие

Первоисточник

Другие новости по теме:
  • Ученым впервые в истории удалось получить металлическую форму водорода
  • Ученые провели исследования твердого железа, помещенного под воздействие ре ...
  • Найден уникальный материал, кристаллы из которого увеличиваются в размерах ...
  • Создана технология, позволяющая получить давление, превышающее давление в ц ...
  • Создан новый вид материала, заключающего в себе рекордно большое количество ...

  • Купить бетон с доставкой в СПб по низким ценам. Прайс лист.


    28 августа 2015 09:13
    #1 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3785
    Интересно, а если сжимать еще сильней, материя не разрушится? Или силы, удерживающие атом, столь сильны?


    --------------------
        
    28 августа 2015 11:36
    #2 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    Прочитал, но так и не увидел ни слова о том, в чем же заключается это самое "взаимодействие между электронами" и к каким эффектам оно приводит?

    Цитата: FomaNeverujuwij
    Интересно, а если сжимать еще сильней, материя не разрушится? Или силы, удерживающие атом, столь сильны?

    Естественно, в какой-то момент атом разрушится, более того, при еще больших давлениях и ядра разрушаются. Такие условия существуют, например, в недрах нейтронных звезд.
        
    28 августа 2015 14:49
    #3 Написал: Akronix

    Публикаций: 0
    Комментариев: 90
    FomaNeverujuwij,
    Электроны начнут соединяться с протонами образовывая нейтроны.
    Такое происходит в нейтронных звездах.
        
    28 августа 2015 17:29
    #4 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3785
    Akronix,
    Rsa,
    В нейтронных звездах все это происходит под влиянием гравитации, а высокое давление и температура - это вторичные факторы, которые способствуют процессам разрушения и слияния. Вот у меня и сомения, что сил давления, прилагаемых извне (гравитация в НЗ действует одновременно на все частицы атома) хватит на преодоления сил ядерного взаимодействия.


    --------------------
        
    28 августа 2015 19:15
    #5 Написал: Rsa

    Публикаций: 0
    Комментариев: 497
    Цитата: FomaNeverujuwij
    . Вот у меня и сомения, что сил давления, прилагаемых извне (гравитация в НЗ действует одновременно на все частицы атома) хватит на преодоления сил ядерного взаимодействия.

    Не стоит сомневаться - первопричина этих процессов вынужденное сжатие приводящее к тому, что частицы все больше сближаются и прямое взаимодействие между ними становится все более вероятным и энергетически оправданным. Кстати, в центре звезды гравитация никуда не тянет, ее влияние там практически нулевое, а вот давление - максимальное. И процессы при этом идут интенсивнее всего.
        
    29 августа 2015 08:57
    #6 Написал: FomaNeverujuwij

    Публикаций: 0
    Комментариев: 3785
    Цитата: Rsa
    в центре звезды гравитация никуда не тянет

    Убедили, спасибо


    --------------------
        
    29 августа 2015 18:18
    #7 Написал: radio

    Публикаций: 0
    Комментариев: 175
    Какие нейтронные звёзды, до их давлений ещё десять порядков, пока что до давлений карликовых звёзд с их вырожденным электронным газом никто не добрался.
        
    10 октября 2015 23:49
    #8 Написал: glebbest

    Публикаций: 0
    Комментариев: 0
    Показатели давления достаточные для проверки постулатов металлгидридной теории.

    Одно из следствий-утверждений теории в том, что ядро Земли не железное, а состоит из гидридов гораздо более лёгких металлов (причем не просто химических соединений, а именно водорода, растворённого в СИЛЬНО сжатой кристаллической решетке металлов)...

    Кстати, одно из утверждений этой теории: х сотен миллионов лет назад Земля была гораздо меньшего диаметра (растения и насекомые уже существовали. Причем существовали в виде, который ныне невозможен - слишком малая плотность атмосферы). А увеличился диаметр планеты как раз благодаря скачкообразному уменьшению плотности гидридов металлов в ядре и гигантским выбросам водорода вследствие уменьшения температуры и давлению в ядре - остывает планетка, остывает...
        

    Информация

    Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.