Фізики поставили рекорд статичного тиску

Міжнародна група фізиків за участю фахівців з Балтійського федерального університету (Калінінград) домоглася рекордних показників статичного тиску - понад одного трильйона паскалів або десяти мільйонів атмосфер. Цей тиск рівносильний десяттю Ейфелевими вежами, що стоять на кінчику пальця і втричі перевищує тиск у центрі Землі. Ключем до рекорду став новий матеріал з надзвичайно високими механічними характеристиками. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє Pro Physik.

Для створення таких високих тисків автори використовували двоступеневу алмазну ковадло. У ній між двома стискуваними алмазами вчені помістили кульки з нанокристалічного алмазу. Останній мав надзвичайно високу межу плинності - 460 гігапаскаль, що в тисячу разів перевищує такий показник у сталі. Як зазначають фізики, досягти таких характеристик вдалося завдяки малому розміру зерен наноалмазів. Автори домоглися діаметра кристалів від 2 до 15 нанометрів.

Для того, щоб зафіксувати тиск, що розвивається в ковадлі з нанокристалічними алмазами, фізики скористалися синхротронним випромінюванням. За допомогою випромінювання автори визначали наскільки деформувалася кристалічна решітка тестового зразка (в даному випадку золотої платівки) і перераховували цю деформацію в тиск. Експеримент був повторений в трьох різних синхротронних центрах.

Ковадло, за словами вчених, забезпечило тиск у 10,65 мільйона атмосфер - це підтверджує рентгенівська дифракція. Дифракційні дані накопичувалися протягом 120 секунд. Раніше такі тиски були доступні лише в імпульсному режимі - наприклад, за допомогою лазерних або вибухових впливів.

Фізики звертають увагу на те, що межа плинності хоча і пов'язана з максимальним тиском у ковадлі, не дорівнює йому. Так, традиційні експерименти з монокристалічними алмазами дозволяють розвивати тиску аж до 4,5 мільйонів атмосфер, хоча самі алмази володіють межею плинності до 140 гігапаскаль (1,4 атмосфери).

Межа плинності - одна з механічних характеристик матеріалів. Вона відображає те, як змінюються деформації при зростанні тиску. При невеликих тисках працює «шкільний» закон Гука - зі зростанням навантаження розміри об'єктів змінюються лінійно. Потім виникає плато - невелике зростання тиску призводить до значних деформацій. Тиск, при якому спостерігається вигин графіка і є межа плинності. Наступна межа - межа міцності, після якої настає руйнування матеріалу.

Подібні тиски дозволяють досліджувати поведінку матеріалів в екстремальних умовах. Виявляється, речовини при цьому можуть значно змінювати свої властивості: натрій, типовий метал, стає прозорим діелектриком при двох мільйонах атмосфер, сірководень б'є рекорди надпровідності, а графіт перетворюється на лонсдейліт. Попередній рекорд - 7,7 мільйонів атмосфер - змусив внутрішні електронні оболонки осмію взаємодіяти із зовнішніми.