極限の圧力で不可能を可能にする素材(Impossible materials are created under extreme pressure)

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2022-05-12 スウェーデン・リンショーピング大学

リンショーピン大学などの研究者が、不可能と思われていた新素材を作り出した。しかし、地球のコアの約3倍の圧力を発生させる新しい方法により、その合成が可能になったのです。この成果は、『Nature』誌に掲載されました。
化合物などの材料は、高い圧力や温度にさらされると性質が変化します。ダイヤモンドもその一つ。有機炭素が長い年月をかけて地球内部の圧力で圧縮されるのと同じように、実験室でさらに高い圧力で新しい物質をつくって様子を見ようというのです。それと同じように、実験室でさらに高い圧力をかけて新しい物質をつくり、それを見てみたいというのが研究者の願いです。
これまで、高圧結晶学と呼ばれる手法による物質合成の上限は、200ギガパスカル程度であった。しかし、バイロイト大学の研究者たちは、リンショーピン大学などと共同で、900ギガパスカルの新材料を合成する方法を開発した。

<関連情報>

テラパスカルの静圧下での材料合 Materials synthesis at terapascal static pressures

Leonid Dubrovinsky,Saiana Khandarkhaeva,Timofey Fedotenko,Dominique Laniel,Maxim Bykov,Carlotta Giacobbe,Eleanor Lawrence Bright,Pavel Sedmak,Stella Chariton,Vitali Prakapenka,Alena V. Ponomareva,Ekaterina A. Smirnova,Maxim P. Belov,Ferenc Tasnádi,Nina Shulumba,Florian Trybel,Igor A. Abrikosov & Natalia Dubrovinskaia
Nature  Published: 11 May 2022
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-04550-2

Abstract

Theoretical modelling predicts very unusual structures and properties of materials at extreme pressure and temperature conditions1,2. Hitherto, their synthesis and investigation above 200 gigapascals have been hindered both by the technical complexity of ultrahigh-pressure experiments and by the absence of relevant in situ methods of materials analysis. Here we report on a methodology developed to enable experiments at static compression in the terapascal regime with laser heating. We apply this method to realize pressures of about 600 and 900 gigapascals in a laser-heated double-stage diamond anvil cell3, producing a rhenium–nitrogen alloy and achieving the synthesis of rhenium nitride Re7N3—which, as our theoretical analysis shows, is only stable under extreme compression. Full chemical and structural characterization of the materials, realized using synchrotron single-crystal X-ray diffraction on microcrystals in situ, demonstrates the capabilities of the methodology to extend high-pressure crystallography to the terapascal regime.

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