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    鄭州華晶金剛石股份有限公司

    Nature重磅:重大突破!首次實現極端壓強下的材料合成

    關鍵詞 極端壓強下的材料合成|2022-05-13 08:46:50|來源 微算云平臺
    摘要 理論模型預測了,在極端壓力和溫度條件下,材料非常不尋常的結構和特性。迄今為止,超高壓實驗的技術復雜性和材料分析的原位方法的缺乏,都阻礙了它們在200GPa以上的合成和研究。在此,來...

           理論模型預測了,在極端壓力和溫度條件下,材料非常不尋常的結構和特性。迄今為止,超高壓實驗的技術復雜性和材料分析的原位方法的缺乏,都阻礙了它們在200 GPa以上的合成和研究。

           在此,來自德國拜羅伊特大學的Leonid Dubrovinsky和瑞典林雪平大學的Igor A. Abrikosov等研究者報道了一種方法,該方法開發用于在激光加熱的TPa模式下進行的靜態壓縮實驗。相關論文以題為“Materials synthesis at terapascal static pressures”于2022年05月11日發表在Nature上。

    微信截圖_20220512183847.png


           物質的狀態,受到化學成分和外部參數(如壓力和溫度)的變化的強烈影響,從而使材料性能得以調整。由此產生的各種現象,與廣泛的科學學科和技術應用有關,從對宇宙的基本理解到高級材料的定向設計。眾所周知,壓縮有助于金屬到絕緣體的過渡,超導性和新的物質超態。

           近年來,金剛石壓腔實驗技術的發展,特別是雙級環面金剛石頂錘單元(dsDACs和tDACs)的發明,使材料合成和高、超高壓下結構性能關系的研究取得了突破性進展。最近的例子是發現了一種新的氮同素異形體bp-N,它解決了人們對氮族元素高壓行為的理解中的一個難題,以及大量新型過渡金屬氮化物和聚氮化物的合成,包括金屬無機框架,這是一類新的化合物,在兆巴壓縮下具有開放多孔結構。

           由于研究者在產生數兆巴的壓力和在超高壓下單晶X射線衍射(XRD)方面的專業知識的協同作用,使得解決和細化固體的晶體結構成為可能,這些固體可直接由激光加熱的傳統DACs中的元素在高達2兆巴的壓力下合成。由于高壓高溫合成,已經成為一種成熟的材料發現技術,將調查擴展到TPa區域一直是人們所期望的。

           為此,研究者報告了一種高壓高溫合成實驗的方法,它將高壓結晶學的限制擴展到TPA范圍。為了達到預期的壓力,研究者結合了環形和雙級頂砧設計。在激光加熱的dsDAC中,在Re-N體系中進行了三次不同的實驗,合成了錸氮合金和氮化錸Re7N3。研究者利用單晶XRD原位對其進行了完整的結構和化學表征。

           研究者用這種方法,在激光加熱的雙級金剛石頂砧單元中,實現了壓力約為600和900吉帕斯卡,獲得了錸氮合金,并合成了氮化錸Re7N3,正如理論分析表明,只有在極端壓縮下才穩定。

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    圖3. Re7N3的生成焓

           數兆巴以上的壓力,長期以來一直被認為對材料的化學和物理有深遠的影響,并導致具有奇異晶體結構相的形成。在這項工作中,研究者已經證明,在高達600 GPa的壓力下,在激光加熱的dsDAC中可以合成新的化合物,并且它們的結構可以在原位被解析。通過將高壓合成和結構研究的實驗領域擴展到TPa范圍,該工作為新材料的發現和新物理現象的觀察鋪平了道路。

           文獻信息:

           Dubrovinsky, L., Khandarkhaeva, S., Fedotenko, T. et al. Materials synthesis at terapascal static pressures. Nature 605, 274–278 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04550-2


     

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