Investigación y estudio de la síntesis de materiales en el rango del terapascal por primera vez

Viajar al centro del planeta Urano

13.05.2022 - Alemania

Julio Verne no podía ni soñar con esto: Un equipo de investigación de la Universidad de Bayreuth, junto con socios internacionales, ha llevado los límites de la investigación de alta presión y alta temperatura a dimensiones cósmicas. Por primera vez, han conseguido generar y analizar simultáneamente materiales bajo presiones de compresión de más de un terapascal (1.000 gigapascales). Estas presiones tan elevadas se dan, por ejemplo, en el centro del planeta Urano; son más de tres veces superiores a la presión en el centro de la Tierra. Los investigadores presentan en Nature el método que han desarrollado para la síntesis y el análisis estructural de nuevos materiales.

Los modelos teóricos predicen estructuras y propiedades muy inusuales de los materiales en condiciones extremas de presión y temperatura. Pero hasta ahora, estas predicciones no podían verificarse en experimentos a presiones de compresión de más de 200 gigapascales. Por un lado, son necesarios complejos requisitos técnicos para exponer muestras de materiales a presiones tan extremas y, por otro, faltaban métodos sofisticados para realizar análisis estructurales simultáneos. Los experimentos publicados en Nature abren, por tanto, dimensiones completamente nuevas para la cristalografía de alta presión: ahora se pueden crear y estudiar en el laboratorio materiales que sólo existen -si es que existen- a presiones extremadamente altas en la inmensidad del universo.

"El método que hemos desarrollado nos permite por primera vez sintetizar estructuras de nuevos materiales en el rango de los terapascales y analizarlos in situ, es decir: mientras el experimento sigue en marcha. De este modo, aprendemos sobre estados, propiedades y estructuras de los cristales hasta ahora desconocidos y podemos profundizar significativamente en nuestra comprensión de la materia en general. Se pueden obtener valiosos conocimientos para la exploración de planetas terrestres y la síntesis de materiales funcionales utilizados en tecnologías innovadoras", explica el Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky del Geoinstituto Bávaro (BGI) de la Universidad de Bayreuth, primer autor de la publicación.

En su nuevo estudio, los investigadores muestran cómo han generado y visualizado in situ nuevos compuestos de renio utilizando el método ahora descubierto. Los compuestos en cuestión son un nuevo nitruro de renio (Re₇N₃) y una aleación de renio y nitrógeno. Estos materiales se sintetizaron a presiones extremas en una célula de yunque de diamante de dos etapas calentada por rayos láser. La difracción de rayos X monocristalina de sincrotrón permitió la caracterización química y estructural completa. "Hace dos años y medio, nos sorprendimos mucho en Bayreuth cuando fuimos capaces de producir un conductor metálico superduro basado en renio y nitrógeno que podía soportar incluso presiones extremadamente altas. Si en el futuro aplicamos la cristalografía de alta presión en el rango de los terapascales, es posible que hagamos más descubrimientos sorprendentes en esta dirección. Las puertas están ahora abiertas de par en par para la investigación creativa de materiales que generen y visualicen estructuras inesperadas bajo presiones extremas", afirma la autora principal del estudio, la Prof. Dra. Natalia Dubrovinskaia, del Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth.

Junto con el Geoinstituto de Baviera (BGI) y el Laboratorio de Cristalografía de la Universidad de Bayreuth, otros numerosos socios de investigación participaron en el trabajo de investigación publicado en Nature: la Universidad de Colonia, la Universidad de Linköping, el Sincrotrón Alemán de Electrones DESY de Hamburgo, la Instalación Europea de Radiación Sincrotrónica de Grenoble y el Centro de Fuentes de Radiación Avanzadas de la Universidad de Chicago.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.