Tecnologia Científica

Tanta pressão quanto o núcleo de Urano: A primeira pesquisa e estudo de síntese de materiais na faixa terapascal
Pela primeira vez, cientistas conseguiram gerar e analisar simultaneamente materiais sob pressões de compressão de mais de um terapascal (1.000 gigapascals). Tais pressões extremamente altas prevalecem, por exemplo, no centro do planeta Urano;...
Por Universidade de Bayreuth - 11/05/2022


Estruturas e propriedades de materiais a pressões e temperaturas extremamente altas ainda são em grande parte "terra incógnita". O Prof. Leonid Dubrovinsky e seus parceiros de pesquisa usam uma bigorna de diamante de dois estágios aquecida a laser que eles construíram para a síntese de materiais na faixa terapascal (1000 gigapascals). A difração de raios X de cristal único in situ é usada para a caracterização estrutural simultânea dos materiais. Crédito: Timofey Fedotenko.

Júlio Verne não podia nem sonhar com isso: uma equipe de pesquisa da Universidade de Bayreuth, juntamente com parceiros internacionais, ultrapassou os limites da pesquisa de alta pressão e alta temperatura em dimensões cósmicas. Pela primeira vez, eles conseguiram gerar e analisar simultaneamente materiais sob pressões de compressão de mais de um terapascal (1.000 gigapascals). Tais pressões extremamente altas prevalecem, por exemplo, no centro do planeta Urano; eles são mais de três vezes maiores do que a pressão no centro da Terra. Na Nature , os pesquisadores apresentam o método que desenvolveram para a síntese e análise estrutural de novos materiais.

Modelos teóricos preveem estruturas e propriedades muito incomuns de materiais sob condições extremas de pressão e temperatura. Mas até agora, essas previsões não puderam ser verificadas em experimentos em pressões de compressão de mais de 200 gigapascals. Por um lado, são necessários requisitos técnicos complexos para expor amostras de materiais a pressões tão extremas e, por outro, faltavam métodos sofisticados para análises estruturais simultâneas. Os experimentos publicados na Nature , portanto, abrem dimensões completamente novas para a cristalografia de alta pressão: materiais podem agora ser criados e estudados em laboratório que existem – se existirem – apenas sob pressões extremamente altas na vastidão do universo.

"O método que desenvolvemos nos permite pela primeira vez sintetizar novas estruturas materiais na faixa terapascal e analisá-las in situ - isto é: enquanto o experimento ainda está em andamento. e estruturas de cristais e pode aprofundar significativamente nossa compreensão da matéria em geral. Insights valiosos podem ser obtidos para a exploração de planetas terrestres e a síntese de materiais funcionais usados ​​em tecnologias inovadoras ", explica o Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky do Geoinstituto da Baviera ( BGI) na Universidade de Bayreuth, o primeiro autor da publicação.

Em seu novo estudo, os pesquisadores mostram como eles geraram e visualizaram novos compostos de rênio in situ usando o método agora descoberto. Os compostos em questão são um novo nitreto de rênio (Re₇N₃) e uma liga de rênio-nitrogênio. Esses materiais foram sintetizados sob pressões extremas em uma bigorna de diamante de dois estágios aquecida por feixes de laser. A difração de raios X de cristal único síncrotron permitiu a caracterização química e estrutural completa.

"Há dois anos e meio, ficamos muito surpresos em Bayreuth quando conseguimos produzir um condutor metálico superduro à base de rênio e nitrogênio capaz de suportar até pressões extremamente altas. Se aplicarmos cristalografia de alta pressão na faixa terapascal na No futuro, podemos fazer mais descobertas surpreendentes nessa direção. As portas estão agora abertas para a pesquisa de materiais criativos que gera e visualiza estruturas inesperadas sob pressões extremas", diz a principal autora do estudo, Profa. Dra. Natalia Dubrovinskaia, do Laboratório de Cristalografia na Universidade de Bayreuth.

 

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