Ученые из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса в сотрудничестве с коллегами поставили уникальный эксперимент, сжав золото до рекордного для этого материала давления. Результаты исследования показывают, как ведет себя атомная решетка драгоценного металла в условиях, которые ранее были лишь теоретической областью. Достижение давления, эквивалентного 10 млн земных атмосфер, позволило в реальном времени зафиксировать фазовый переход золота.
Как пояснила ученый и автор работы Эми Коулман, эти эксперименты раскрывают атомные перестройки, происходящие при самых экстремальных давлениях, достижимых в современных лабораторных условиях. Золото является ключевым материалом в физике высоких давлений, выступая эталоном для калибровки измерительных приборов благодаря своей химической стабильности. Точное понимание его поведения под давлением важно для достоверности множества других экспериментов, от изучения ядер далеких планет до разработки материалов нового поколения.
Для создания немыслимого давления команда использовала мощнейшие лазерные установки — Национальный центр зажигания и лазерную систему OMEGA EP в Рочестерском университете. Специально разработанные лазерные импульсы позволили достичь сверхвысоких давлений, сохранив золото в твердом состоянии при относительно низких температурах.
Ключевой сложностью была фиксация изменений в атомной структуре, для чего ученые применяли метод рентгеновской дифракции, делая снимки с атомарным разрешением за миллиардные доли секунды. Это достижение дало первое достоверное представление о кристаллической структуре золота при экстремальном сжатии и окончательно разрешило давние разногласия между теоретическими моделями и экспериментальными данными.
В обычных условиях атомы золота образуют гранецентрированную кубическую решетку. Оказалось, что эта структура проявляет удивительную устойчивость, выдерживая давление, примерно вдвое превышающее давление в центре Земли. Однако на рубеже в несколько терапаскалей начались важные изменения. Часть атомов золота начала перестраиваться в объемноцентрированную кубическую структуру, в то время как часть исходной фазы сохранилась. Это наблюдение свидетельствует о сосуществовании двух различных фаз материала в условиях экстремального сжатия. Полученные данные, как подчеркивают исследователи, расширяют структурные измерения золота до ранее недоступных величин и подчеркивают необходимость точной температурной диагностики для уточнения фазовых границ материалов.
Ранее Наука Mail рассказывала о первом в мире примере формирования сплошной проводящей пленки золота толщиной всего три нанометра.
