Сверхвысокое давление: удалось достичь 640 гигапаскалей

Наука, изучающая поведение материалов в экстремальных условиях, сделала большой скачок вперед. Совсем недавно был открыт способ создания сверхвысокого давления без использования ударных волн, превращающих твердые тела в жидкость.

Это открытие позволит ученым впервые достичь небывалого уровня высокого статического давления среды - более четырех миллионов атмосфер. При нем могут сформироваться новые соединения с измененными химическими и физическими свойствами, например, металлы, которые стали изоляторами.

Международная группа ученых использовала для получения высокого давления наковальню в сочетании с высокой энергией рентгеновских лучей. Им удалось достичь давления в 640 гигапаскалей. Это на 50% больше давлений, продемонстрированных когда-либо ранее, и на 150% больше, чем было доступно во время типичных экспериментов при высоких давлениях.

Достижение такого сверхвысокого давления будет иметь огромные последствия для науки о Земле, космологии, химии, физики и материаловедения. Статическое давление в 640 гигапаскалей – это в шесть миллионов раз больше давления воздуха на поверхности Земли и более чем в полтора раза выше давления в центре Земли. Исследования таких величин может привести к новым открытиям о том, как формировалась Земля.

Новый способ достижения сверхвысоких давлений был разработан совместно учеными из Университета Байройт в Германии, американского Университета в Чикаго и Университета Антверпена в Бельгии. Подробности появились в журнале Nature.

"Мы не останавливаемся на этом, потому что рассчитываем увеличить доступный диапазон давления до терапаскальных величин, или 10 мегабар, - сказал Виталий Прокопенко, автор статьи и ученый из Центра перспективных источников излучения в университете Чикаго. - Это необходимо, чтобы исследовать материалы в специфических условиях, например таких, как на поверхности газовых гигантов, Урана и Нептуна, где давление соответствует величине около семи мегабар".

"Эта новая технология поможет революционизировать научные исследования высокого давления", - сказал Леонид Дубровинский, ученый из Университета Байройт, один из авторов статьи.

С конца 1950-х годов ученые использовали алмазные наковальни для создания экстремальных давлений при проверке прочности материалов. Это нужно было для формирования новых свойств материалов, таких как сверхпроводимость, и для попытки воспроизвести высокое давление на различных планетах. Ученые пытались достичь давления внутреннего ядра Земли, которое составляет от 320 до 360 ГПа.

Ученые смогли утроить давление путем добавления вторичной микронаковальни (10-20 мкм в диаметре) между двумя наковальнями, сделанными из монокристаллических алмазов ювелирного качества - около одной четверти карата каждый. А вторичная наковальня была сделана из сверхтвердого нанокристаллического алмаза.

"Шары нанокристаллического алмаза имеют очень высокий предел текучести, менее сжимаемые и менее хрупкие, чем монокристаллические алмазы. И именно они дают нам возможность резко расширить диапазон достижимого давления", - объяснила Наталья Дубровинская, соавтор статьи.