Les structures et les propriétés des matériaux à des pressions et des températures extrêmement élevées sont encore largement "terra incognita". Le professeur Leonid Dubrovinsky et ses partenaires de recherche utilisent une cellule à enclume en diamant à deux étages chauffée au laser qu'ils ont construite pour la synthèse de matériaux dans la gamme terapascal (1000 gigapascals). La diffraction des rayons X sur monocristal in situ est utilisée pour la caractérisation structurale simultanée des matériaux. Crédit :Timofey Fedotenko.
Jules Verne ne pouvait même pas en rêver :une équipe de recherche de l'Université de Bayreuth, en collaboration avec des partenaires internationaux, a repoussé les limites de la recherche à haute pression et à haute température dans des dimensions cosmiques. Pour la première fois, ils ont réussi à générer et à analyser simultanément des matériaux sous des pressions de compression de plus d'un terapascal (1 000 gigapascals). De telles pressions extrêmement élevées règnent, par exemple, au centre de la planète Uranus; elles sont plus de trois fois supérieures à la pression au centre de la Terre. Dans Nature , les chercheurs présentent la méthode qu'ils ont développée pour la synthèse et l'analyse structurale de nouveaux matériaux.
Les modèles théoriques prédisent des structures et des propriétés très inhabituelles des matériaux dans des conditions de pression-température extrêmes. Mais jusqu'à présent, ces prédictions n'ont pas pu être vérifiées dans des expériences à des pressions de compression supérieures à 200 gigapascals. D'une part, des exigences techniques complexes sont nécessaires pour exposer des échantillons de matériaux à de telles pressions extrêmes, et d'autre part, des méthodes sophistiquées pour des analyses structurelles simultanées faisaient défaut. Les expériences publiées dans Nature ouvrent donc des dimensions complètement nouvelles pour la cristallographie à haute pression :il est désormais possible de créer et d'étudier en laboratoire des matériaux qui n'existent, voire pas du tout, que sous des pressions extrêmement élevées dans l'immensité de l'univers.
"La méthode que nous avons développée nous permet pour la première fois de synthétiser de nouvelles structures matérielles dans la gamme terapascal et de les analyser in situ, c'est-à-dire pendant que l'expérience est toujours en cours. De cette façon, nous apprenons des états, des propriétés jusque-là inconnus. and structures of crystals and can significantly deepen our understanding of matter in general. Valuable insights can be gained for the exploration of terrestrial planets and the synthesis of functional materials used in innovative technologies," explains Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky of the Bavarian Geoinstitute ( BGI) at the University of Bayreuth, the first author of the publication.
In their new study, the researchers show how they have generated and visualized in situ novel rhenium compounds using the now discovered method. The compounds in question are a novel rhenium nitride (Re₇N₃) and a rhenium-nitrogen alloy. These materials were synthesized under extreme pressures in a two-stage diamond anvil cell heated by laser beams. Synchrotron single-crystal X-ray diffraction enabled full chemical and structural characterization.
"Two and a half years ago, we were very surprised in Bayreuth when we were able to produce a superhard metallic conductor based on rhenium and nitrogen that could withstand even extremely high pressures. If we apply high-pressure crystallography in the terapascal range in the future, we may make further surprising discoveries in this direction. The doors are now wide open for creative materials research that generates and visualizes unexpected structures under extreme pressures," says the study's lead author, Prof. Dr. Natalia Dubrovinskaia from the Laboratory of Crystallography at the University of Bayreuth. Extremely hard yet metallically conductive:Researchers develop novel material with high-tech prospects
