Wetenschappers hebben een decennia oude puzzel opgelost over een veelgebruikt metaal, dankzij experimenten met extreme druk en krachtige supercomputing.

Hun ontdekking onthult belangrijke fundamentele aspecten van het element lithium, het lichtste en eenvoudigste metaal in het periodiek systeem. Het materiaal wordt veel gebruikt in batterijen voor telefoons en computers.

Een mysterie van hoe de atomen van het metaal zijn gerangschikt - wat van invloed is op eigenschappen zoals de sterkte, kneedbaarheid en geleidbaarheid - is opgelost door hun onderzoek.

Een internationaal team probeerde de structuur van lithium beter te begrijpen door het bij lage temperaturen te bestuderen. In deze laag-energetische toestand, de fundamentele eigenschappen van materialen kunnen nauwkeurig worden waargenomen.

Tot nu, het was moeilijk voor wetenschappers om eerdere experimentele resultaten te verklaren die erop wezen dat lithium een ​​complexe structuur had. Om de theorie goed te begrijpen, waren uitzonderlijk nauwkeurige berekeningen nodig met behulp van geavanceerde kwantummechanica.

Hun laatste berekeningen, met behulp van de ARCHER-supercomputer van de Universiteit van Edinburgh, ontdekte dat de structuur van lithium niet complex of ongeordend is, zoals eerdere resultaten hadden gesuggereerd. In plaats daarvan, de atomen zijn eenvoudig gerangschikt, als sinaasappels in een doos.

Wetenschappers suggereren dat in eerdere experimenten, snelle afkoeling leidde tot misleidende resultaten. Om die problemen te voorkomen, ze bereikten lage temperaturen door lithiummonsters onder extreme druk te plaatsen - tot 4, 500 keer die van de atmosfeer van de aarde - door hem tussen een paar diamanten te persen. Vervolgens hebben ze het monster afgekoeld en drukloos gemaakt voordat ze het met een synchotronapparaat onderzochten, die röntgenstralen gebruikt om atomen te zien.

De studie, van de universiteiten van Edinburgh en Utah, werd gepubliceerd in Wetenschap .

Dr Miguel Martinez-Canales, van de School of Physics and Astronomy van de Universiteit van Edinburgh, zei:"Onze berekeningen hadden een nauwkeurigheid van één op 10 miljoen nodig, en zou meer dan 40 jaar hebben geduurd op een normale computer."

Professor Graeme Ackland, van de School of Physics and Astronomy van de Universiteit van Edinburgh, zei:"We waren in staat om een ​​getrouw beeld van koud lithium te vormen door het met hoge druk te maken. In plaats van een complexe structuur te vormen, het heeft de eenvoudigste regeling die er in de natuur kan zijn."