ETRA III proporciona un nuevo método para determinar la temperatura de fusión a alta presión
Un equipo internacional de investigadores del DESY, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, la Universidad de Edimburgo y el Instituto de Tecnología de Karlsruhe ha desarrollado un método novedoso para determinar con precisión la temperatura de fusión de materiales opacos utilizando imágenes de contraste de fase de rayos X y difracción de rayos X en una célula de estampado de diamante calentada por láser a presiones de hasta 500.000 bares y temperaturas de hasta 4.000 Kelvin. El equipo dirigido por Emma Ehrenreich-Petersen, del DESY, y Earl Francis O'Bannon, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, desarrolló el método en la línea de luz P02.2 de la fuente de rayos X de alta energía PETRA III del DESY.
El proceso desarrollado en PETRA III permite seguir con precisión el incipiente proceso de fusión del platino (en el centro de la imagen).
DESY, Hanns-Peter Liermann
Con el método desarrollado en PETRA III se puede seguir con precisión el proceso de fusión incipiente del platino (en el centro de la imagen). Imagen: DESY, Hanns-Peter LiermannDeterminar la fusión de materiales opacos a altas presiones ha sido un gran reto durante décadas. En las últimas décadas se han desarrollado muchos enfoques al respecto, desde que se introdujeron las celdas de estampado de diamante calentadas por láser para alcanzar altas presiones y temperaturas. Estos dispositivos de alta presión del tamaño de un puño constan de dos diamantes modificados opuestos entre los que se comprime la muestra. Pueden generar presiones superiores a la del interior de la tierra. La muestra -en este caso una lámina metálica- puede calentarse a través de los diamantes transparentes mediante láseres infrarrojos muy potentes que inciden sobre la muestra desde ambos lados de los diamantes. "Es muy difícil detectar la primera aparición de cantidades muy pequeñas de fundido utilizando técnicas de imagen o difracción de rayos X sobre la muestra. En estudios anteriores, esto dio lugar a discrepancias en la determinación de la temperatura de fusión", explica la primera autora, Emma Ehrenreich-Petersen, del DESY. "En nuestro estudio, combinamos la técnica establecida de imágenes de contraste de fase de rayos X con la difracción de rayos X y la aplicamos a la célula de estampado de diamante calentada por láser. Esto nos permite reconocer los contrastes de fase más pequeños entre la muestra sólida y líquida."
"La ventaja de este enfoque es que no es necesario fundir toda la muestra, ya que esta configuración puede resolver volúmenes de hasta un micrómetro", explica el director del proyecto, Earl Francis O'Bannon, del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore. "Hemos probado este novedoso método en la línea de luz de condiciones extremas P02.2 de PETRA III determinando la línea de fusión del platino hasta una presión de 500.000 bares y una temperatura de 4.000 Kelvin. Hemos demostrado que la técnica es mucho más sensible a la hora de determinar el inicio de la fusión que cualquier otra técnica anterior."
"El nuevo enfoque desarrollado es un buen ejemplo de cómo grupos de investigación interdisciplinarios, como los grupos de usuarios de alta presión del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y la Universidad de Edimburgo, el grupo de obtención de imágenes de Christian Schroer en PETRA III, el Instituto de Tecnología de Karlsruhe y el equipo de la línea de luz en P02.2, están trabajando juntos para desarrollar un método novedoso que ayudará a los investigadores a resolver algunas de las cuestiones científicas abiertas", explica Hanns-Peter Liermann, jefe de la línea de luz de condiciones extremas P02.2. "Estamos seguros de que este enfoque cambiará fundamentalmente la forma de determinar el inicio de la fusión en el futuro". Con las nuevas fuentes de luz de 4ª generación, como el ESRF-EBS y el APS-U, que ofrecen haces de rayos X de igual o incluso mayor coherencia que PETRA III, este enfoque ganará importancia, ya que mejora la sensibilidad y la calidad de las imágenes. Por tanto, es importante actualizar nuestra fuente de rayos X a PETRA IV: será la única fuente de luz del mundo que ofrezca una coherencia casi un factor de 1000 superior a altas energías, lo que mejorará aún más la resolución de la técnica."
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Publicación original
Emma Ehrenreich-Petersen, Bernhard Massani, Thea Engler, Olivia S. Pardo, Konstantin Glazyrin, Nico Giordano, Johannes Hagemann, Daniel Sneed, Timofey Fedotenko, Daniel J. Campbell, Mario Wendt, Sergej Wenz, Christian G. Schroer, Mathias Trabs, R.Stewart McWilliams, Hanns-Peter Liermann, Zsolt Jenei, Earl F. O’Bannon; "X-ray phase contrast imaging and diffraction in the laser-heated diamond anvil cell: A case study on the high-pressure melting of Pt"; Results in Physics, Volume 69
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