Jules Verne kon hier niet eens van dromen:een onderzoeksteam van de Universiteit van Bayreuth heeft samen met internationale partners de grenzen verlegd van hogedruk- en hogetemperatuuronderzoek naar kosmische dimensies. Voor het eerst zijn ze erin geslaagd materialen te genereren en gelijktijdig te analyseren onder compressiedrukken van meer dan één terapascal (1.000 gigapascal). Dergelijke extreem hoge drukken heersen bijvoorbeeld in het centrum van de planeet Uranus; ze zijn meer dan drie keer hoger dan de druk in het centrum van de aarde. In Natuur , presenteren de onderzoekers de methode die ze hebben ontwikkeld voor de synthese en structurele analyse van nieuwe materialen.

Theoretische modellen voorspellen zeer ongebruikelijke structuren en eigenschappen van materialen onder extreme druk-temperatuuromstandigheden. Maar tot nu toe konden deze voorspellingen niet worden geverifieerd in experimenten bij compressiedrukken van meer dan 200 gigapascal. Enerzijds zijn er complexe technische vereisten nodig om materiaalmonsters aan dergelijke extreme drukken bloot te stellen, anderzijds ontbraken geavanceerde methoden voor gelijktijdige structurele analyses. De experimenten gepubliceerd in Nature openen daarom volledig nieuwe dimensies voor hogedrukkristallografie:in het laboratorium kunnen nu materialen worden gemaakt en bestudeerd die - of helemaal niet - alleen onder extreem hoge druk in de uitgestrektheid van het heelal bestaan.

"De methode die we hebben ontwikkeld stelt ons voor het eerst in staat om nieuwe materiaalstructuren in het terapascal-bereik te synthetiseren en ze in situ te analyseren - dat wil zeggen:terwijl het experiment nog loopt. Op deze manier leren we over voorheen onbekende toestanden, eigenschappen 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. + Verder verkennen

Extremely hard yet metallically conductive:Researchers develop novel material with high-tech prospects