HELMHOLTZ Extrem

Der höchste Druck

Schemazeichnung der Stempelzelle Die Osmium-Probe (roter Punkt) misst nur drei Mikrometer und sitzt zwischen zwei Halbkugeln aus nanokristallinem Diamant. Bild: Elena Bykova/Universität Bayreuth

Osmium ist ein zäher Bursche. Statt zu zerbröseln oder nachzugeben, blieb das Metall standhaft, als es Forscher der Universität Bayreuth und des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY unter Druck setzten. Und das, obwohl sie den höchsten statischen Druck erzeugten, der jemals in einem Labor erreicht wurde.

Selbst das Gewicht von rund zwanzig bis aufs Äußerte vollgestopften Jumbo-Jets, die auf einem Quadratzentimeter balancieren, konnte den Osmiumkristallen nichts anhaben. Das entspricht dem Druck, den die Wissenschaftler mit einer sogenannten Diamantenstempelzelle auf das Metall ausübten: bis zu 770 Gigapascal konnten sie erreichen. Selbst der Druck in unserem Erdkern ist nicht halb so hoch.Um zu untersuchen, was genau mit dem metallischen Osmium unter solchen Extrembedingungen passiert, nutzen die Forscher die Röntgenstrahlung von DESYs Forschungslichtquelle PETRA III in Hamburg sowie zwei weiteren Röntgenquellen in Frankreich und den USA.

Zum einen zeigten die Wissenschaftler mit diesem Experiment, wie stabil Osmium-Kristalle sind. Zum anderen überboten sie ihre eigene Leistung um ganze 130 Gigapascal - drei zusätzliche Jumbojets: Weltrekord-Druck.

„Hochdruck verändert normalerweise die Eigenschaften vieler Stoffe radikal: Metalle wie Natrium werden zu transparenten Isolatoren und Gase wie Sauerstoff werden dagegen fest und elektrisch leitend“, erklärt Dubrovinskaia von der Universität Bayreuth. Osmium hingegen veränderte sich kaum: seine Kristallstruktur blieb bestehen, aber die inneren Elektronen wurden durch den Druck zu Wechselwirkungen angeregt.

Das Experiment hat damit grundlegend neue Einblicke in die Physik und Chemie in extrem komprimierter Materie geliefert. Die Ergebnisse können bei der Herstellung neuartiger Materialien von Bedeutung sein. Bereits heute wird das harte Metall vor allem in stark beanspruchten Maschinenbauteilen eingesetzt.

Hochdruck-Weltrekord: Forscher quetschen Osmium aus (Pressemitteilung vom DESY)

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23.06.2016, Peter Gotzner
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