13.05.2022 - Universität Bayreuth

Recherche et étude de la synthèse des matériaux dans la gamme térapique pour la première fois

Voyager au centre de la planète Uranus

Jules Verne ne pouvait même pas en rêver : Une équipe de chercheurs de l'université de Bayreuth, en collaboration avec des partenaires internationaux, a repoussé les limites de la recherche sur les hautes pressions et les hautes températures dans des dimensions cosmiques. Pour la première fois, ils ont réussi à générer et à analyser simultanément des matériaux sous des pressions de compression de plus d'un térapascal (1 000 gigapascals). De telles pressions extrêmement élevées prévalent, par exemple, au centre de la planète Uranus ; elles sont plus de trois fois supérieures à la pression au centre de la Terre. Dans la revue Nature, les chercheurs présentent la méthode qu'ils ont mise au point pour la synthèse et l'analyse structurelle de nouveaux matériaux.

Les modèles théoriques prédisent des structures et des propriétés très inhabituelles des matériaux dans des conditions extrêmes de pression et de température. Mais jusqu'à présent, ces prédictions n'ont pas pu être vérifiées dans des expériences à des pressions de compression de plus de 200 gigapascals. D'une part, des exigences techniques complexes sont nécessaires pour exposer des échantillons de matériaux à des pressions aussi extrêmes, et d'autre part, des méthodes sophistiquées pour des analyses structurelles simultanées faisaient défaut. Les expériences publiées dans Nature ouvrent donc de toutes nouvelles dimensions à la cristallographie à haute pression : il est désormais possible de créer et d'étudier en laboratoire des matériaux qui n'existent - si tant est qu'ils existent - que sous des pressions extrêmement élevées dans l'immensité de l'univers.

"La méthode que nous avons mise au point nous permet pour la première fois de synthétiser de nouvelles structures matérielles dans la gamme des térapascals et de les analyser in situ, c'est-à-dire pendant que l'expérience se poursuit. De cette manière, nous apprenons des états, des propriétés et des structures de cristaux jusqu'alors inconnus et pouvons approfondir considérablement notre compréhension de la matière en général. Des connaissances précieuses peuvent être acquises pour l'exploration des planètes terrestres et la synthèse de matériaux fonctionnels utilisés dans des technologies innovantes", explique le professeur Leonid Dubrovinsky du Geoinstitute bavarois (BGI) de l'université de Bayreuth, premier auteur de la publication.

Dans leur nouvelle étude, les chercheurs montrent comment ils ont généré et visualisé in situ de nouveaux composés de rhénium en utilisant la méthode maintenant découverte. Les composés en question sont un nouveau nitrure de rhénium (Re₇N₃) et un alliage rhénium-azote. Ces matériaux ont été synthétisés sous des pressions extrêmes dans une cellule à enclume de diamant à deux étages, chauffée par des faisceaux laser. La diffraction des rayons X monocristallins par synchrotron a permis une caractérisation chimique et structurelle complète. "Il y a deux ans et demi, nous avons été très surpris à Bayreuth lorsque nous avons réussi à produire un conducteur métallique superdur à base de rhénium et d'azote, capable de résister à des pressions même extrêmement élevées. Si nous appliquons à l'avenir la cristallographie à haute pression dans la gamme des térapascals, nous pourrons faire d'autres découvertes surprenantes dans cette direction. Les portes sont désormais grandes ouvertes à la recherche créative sur les matériaux, qui génère et visualise des structures inattendues sous des pressions extrêmes", déclare l'auteur principal de l'étude, le professeur Natalia Dubrovinskaia, du laboratoire de cristallographie de l'université de Bayreuth.

Outre le Geoinstitute bavarois (BGI) et le laboratoire de cristallographie de l'université de Bayreuth, de nombreux autres partenaires de recherche ont participé aux travaux publiés dans Nature : l'université de Cologne, l'université de Linköping, le Deutsches Electron Synchrotron DESY à Hambourg, l'European Synchrotron Radiation Facility à Grenoble et le Center for Advanced Radiation Sources de l'université de Chicago.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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