Un equipo internacional de científicos dirigido por la Universidad de Bayreuth y con la participación de DESY ha creado la presión estática más alta jamás alcanzada en un laboratorio: utilizando un dispositivo especial de alta presión, los investigadores investigaron el comportamiento del osmio metálico a presiones de hastaa 770 Gigapascales GPa - más del doble de la presión en el núcleo interno de la Tierra, y aproximadamente 130 Gigapascales más alto que el récord mundial anterior establecido por miembros del mismo equipo. Sorprendentemente, el osmio no cambia su estructura cristalina incluso en elpresiones más altas, pero los electrones centrales de los átomos se acercan tanto entre sí que pueden interactuar, al contrario de lo que generalmente se conoce en química.
Este resultado fundamental publicado en la revista Naturaleza tiene implicaciones importantes para comprender la física y la química de la materia altamente comprimida, para el diseño de materiales que se utilizarán en condiciones extremas y para modelar el interior de planetas y estrellas gigantes.
El osmio metálico Os es uno de los elementos químicos más excepcionales, tiene a presión ambiente la densidad más alta conocida de todos los elementos, una de las energías cohesivas más altas, temperaturas de fusión y una compresibilidad muy baja; es casi igual de incompresiblecomo diamante. Debido a su dureza, el osmio encuentra aplicaciones en aleaciones utilizadas, por ejemplo, como contactos eléctricos, piezas de máquinas resistentes al desgaste y puntas para bolígrafos de tinta de alta calidad.
"Se sabe que la alta presión afecta radicalmente las propiedades de los elementos químicos: los metales como el sodio pueden convertirse en aislantes transparentes; los gases como el oxígeno se solidifican y se convierten en conductores eléctricos, e incluso en superconductores", explica Natalia Dubrovinskaia de la Universidad de Bayreuth, junto con LeonidDubrovinsky, el autor principal del estudio, "como cualquier otro material sometido a una compresión muy alta, se espera que el osmio cambie su estructura cristalina".
Para sus experimentos, los científicos utilizaron un dispositivo para generar presiones estáticas ultra altas desarrollado por Dubrovinsky y Dubrovinskaia en Bayreuth. El dispositivo usa micro-yunques de solo 10 a 20 micrómetros un micrómetro es una milésima de milímetro de diámetroque están hechos de diamante nanocristalino. Estos nanocristales, que son granos de diamante de tamaño nanométrico, están unidos formando un micro-yunque a granel. Los muchos límites de grano hacen que los yunques nanocristalinos sean aún más duros que los diamantes monocristalinos, lo que extiende el rango depresión en experimentos de aproximadamente 400 GPa a 770 GPa a temperatura ambiente.
Para sondear las muestras en estas condiciones extremas, el equipo utilizó rayos X de alto brillo de las fuentes de sincrotrón PETRA III en DESY, ESRF en Francia y APS en los EE. UU. El equipo descubrió que el osmio muestra una estabilidad estructural sin precedentes y mantiene suestructura cristalina incluso a grandes presiones de aproximadamente 770 GPa.
Si bien el volumen de la celda unitaria de osmio se contrae constantemente con el aumento de la presión, los experimentos de difracción de rayos X muy precisos revelaron anomalías en el comportamiento de los parámetros de la red que describen la celda unitaria. Por lo general, los cambios en las propiedades de los materiales bajo presión están asociados con modificaciones enlas configuraciones de los electrones externos de valencia. Pero en el caso de osmio altamente comprimido, la razón de la anomalía estructural observada es una interacción entre los electrones internos del núcleo, como lo sugieren los cálculos teóricos más avanzados.El trabajo demuestra que las presiones estáticas ultra altas pueden obligar a los electrones centrales a interactuar ", explica Dubrovinsky." La capacidad de afectar a los electrones centrales incluso en metales incompresibles como el osmio en experimentos estáticos de alta presión abre oportunidades interesantes en la búsqueda de nuevos estadosde importancia."
Los experimentos allanan el camino para la investigación de materiales en las condiciones del núcleo interno de los planetas gigantes. "En los últimos 20 años, los astrónomos encontraron más de mil planetas alrededor de otras estrellas, casi todos más grandes que nuestra Tierra", dice co-el autor Hanns-Peter Liermann de DESY, responsable de la línea de luz P02 en PETRA III, donde se llevaron a cabo algunos de los experimentos. "Con la celda de yunque de diamante de doble etapa recientemente desarrollada y con el punto de rayos X de alta intensidad muy enfocado en PETRA III- o más tarde en el láser europeo XFEL de rayos X que se está construyendo actualmente en el área de Hamburgo - podemos sondear una variedad de composiciones de planetas rocosos en las condiciones más extremas y aprenderemos mucho sobre la composición y evolución de dichos planetas."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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