„Rei­sen zum Mit­tel­punkt des Ura­nus“ – For­schungs­team der Uni Bay­reuth wei­tet Gren­zen der Hoch­druck­for­schung aus

Logo der Universität Bayreuth

Theo­re­ti­sche Model­le sagen sehr unge­wöhn­li­che Struk­tu­ren und Eigen­schaf­ten von Mate­ria­li­en unter extre­men Druck-Tem­pe­ra­tur-Bedin­gun­gen vor­aus. Doch bis­her lie­ßen sich die­se Vor­her­sa­gen nicht in Expe­ri­men­ten bei Kom­pres­si­ons­drücken von mehr als 200 Giga­pas­cal veri­fi­zie­ren. Zum einen sind kom­ple­xe tech­ni­sche Vor­aus­set­zun­gen nötig, um Mate­ri­al­pro­ben der­art extre­men Drücken aus­zu­set­zen, zum ande­ren fehl­ten aus­ge­reif­te Metho­den für zeit­glei­che stö­rungs­freie Struk­tur­ana­ly­sen. Die in „Natu­re“ ver­öf­fent­lich­ten Expe­ri­men­te eröff­nen daher völ­lig neue Dimen­sio­nen für die Hoch­druck­kri­stal­lo­gra­phie: Im Labor kön­nen jetzt Mate­ria­li­en erzeugt
und erforscht wer­den, die – wenn über­haupt – in den Wei­ten des Uni­ver­sums nur unter extrem hohen Drücken existieren.

„Das von uns ent­wickel­te Ver­fah­ren ver­setzt uns erst­mals in die Lage, neue Mate­ri­al­struk­tu­ren im Ter­a­pas­cal-Bereich zu syn­the­ti­sie­ren und in situ – das heißt: noch wäh­rend des lau­fen­den Expe­ri­ments – zu ana­ly­sie­ren. Auf die­se Wei­se ler­nen wir bis­her unbe­kann­te Zustän­de, Eigen­schaf­ten und Struk­tu­ren von Kri­stal­len ken­nen und kön­nen gene­rell unser Ver­ständ­nis von Mate­rie bedeu­tend ver­tie­fen. Für die Erfor­schung ter­re­stri­scher Pla­ne­ten und die Syn­the­se von Funk­ti­ons­ma­te­ria­li­en, die
in inno­va­ti­ven Tech­no­lo­gien zur Anwen­dung kom­men, las­sen sich dadurch wert­vol­le Ein­sich­ten gewin­nen“, erklärt Prof. Dr. Leo­nid Dubro­vin­sky vom Baye­ri­schen Geo­in­sti­tut (BGI) der Uni­ver­si­tät Bay­reuth, der Erst­au­tor der Veröffentlichung.

In ihrer neu­en Stu­die zei­gen die Forscher*innen, wie sie mit Hil­fe des jetzt ent­deck­ten Ver­fah­rens neu­ar­ti­ge Rhe­ni­um­ver­bin­dun­gen erzeugt und in situ sicht­bar gemacht haben. Es han­delt sich dabei um ein neu­ar­ti­ges Rhe­ni­um-Nitrid (Re₇N₃) und eine Rhe­ni­um-Stick­stoff-Legie­rung. In einer mit Laser­strah­len beheiz­ten zwei­stu­fi­gen Dia­mant­stem­pel­zel­le wur­den die­se Mate­ria­li­en unter extre­men Drücken syn­the­ti­siert. Die Syn­chro­tron-Ein­kri­stall-Rönt­gen­beu­gung ermög­lich­te eine vollständige
che­mi­sche und struk­tu­rel­le Cha­rak­te­ri­sie­rung. „Vor zwei­ein­halb Jah­ren waren wir in Bay­reuth sehr über­rascht, als wir auf der Basis von Rhe­ni­um und Stick­stoff einen super­har­ten metal­li­schen Lei­ter her­stel­len konn­ten, der selbst extrem hohen Drücken stand­hält. Wenn wir künf­tig die Hoch­druck­kri­stal­lo­gra­phie sogar im Ter­a­pas­cal-Bereich anwen­den, wer­den wir in die­ser Rich­tung mög­li­cher­wei­se wei­te­re über­ra­schen­de Ent­deckun­gen machen. Die Türen für eine krea­ti­ve Materialforschung,
die unter extre­men Drücken uner­war­te­te Struk­tu­ren erzeugt und sicht­bar macht, ste­hen jetzt weit offen“, sagt die Haupt­au­torin der Stu­die, Prof. Dr. Nata­lia Dubro­vins­ka­ia vom Labor für Kri­stal­lo­gra­phie der Uni­ver­si­tät Bayreuth.

An den in „Natu­re“ ver­öf­fent­lich­ten For­schungs­ar­bei­ten waren zusam­men mit dem Baye­ri­schen Geo­in­sti­tut (BGI) und dem Labor für Kri­stal­lo­gra­phie der Uni­ver­si­tät Bay­reuth zahl­rei­che wei­te­re For­schungs­part­ner betei­ligt: die Uni­ver­si­tät zu Köln, die Uni­ver­si­tät Lin­köping, das Deut­sche Elek­tro­nen-Syn­chro­tron DESY in Ham­burg, die
Euro­pean Syn­chro­tron Radia­ti­on Faci­li­ty in Gre­no­ble sowie das Cen­ter for Advan­ced Radia­ti­on Sources an der Uni­ver­si­tät Chicago.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.