研究人員重建深地條件以了解鐵如何應(yīng)對(duì)極端壓力

在你的下方是一個(gè)由鐵和鎳制成的固體球體，其寬度與德克薩斯州最寬的部分一樣寬：地球的內(nèi)核。內(nèi)核中的金屬所承受的壓力比我們?cè)谌粘Ｉ钪兴?jīng)歷的壓力高約 3.6 億倍，并且溫度大約與太陽(yáng)表面一樣熱。

幸運(yùn)的是，地球的行星核心完好無(wú)損。但在太空中，類(lèi)似的核心會(huì)與其他物體發(fā)生碰撞，導(dǎo)致核心的晶體材料迅速變形。我們太陽(yáng)系中的一些小行星是巨大的鐵質(zhì)物體，科學(xué)家們懷疑它們是災(zāi)難性撞擊后行星核心的殘余物。

測(cè)量天體碰撞或地核發(fā)生的情況顯然不太實(shí)用。因此，我們對(duì)行星核心的大部分理解都是基于在不太極端的溫度和壓力下對(duì)金屬進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究。但是美國(guó)能源部 SLAC 國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室的研究人員現(xiàn)在首次觀察到鐵的原子結(jié)構(gòu)如何變形以適應(yīng)內(nèi)核外部發(fā)生的壓力和溫度的壓力。

結(jié)果出現(xiàn)在Physical Review Letters 中，它們已作為編輯建議突出顯示。

應(yīng)對(duì)壓力

您在日常生活中遇到的大多數(shù)鐵原子都排列在納米級(jí)的立方體中，每個(gè)角都有一個(gè)鐵原子，中心有一個(gè)。如果通過(guò)施加極高的壓力擠壓這些立方體，它們會(huì)重新排列成六邊形棱柱，從而使原子更緊密地堆積在一起。

SLAC 的小組想看看如果你繼續(xù)向六邊形排列施加壓力來(lái)模擬地核或從太空返回大氣層時(shí)鐵會(huì)發(fā)生什么情況，會(huì)發(fā)生什么。“我們并沒(méi)有完全創(chuàng)造內(nèi)核條件，”共同作者、SLAC 高能密度科學(xué) (HEDS) 部門(mén)的科學(xué)家 Arianna Gleason 說(shuō)。“但我們達(dá)到了行星外核的條件，這真的很了不起。”

之前沒(méi)有人直接觀察過(guò)鐵在如此高的溫度和壓力下對(duì)壓力的反應(yīng)，因此研究人員不知道它會(huì)如何反應(yīng)。“當(dāng)我們繼續(xù)推動(dòng)它時(shí)，鐵桿不知道如何處理這種額外的壓力，”格里森說(shuō)。“它需要減輕這種壓力，所以它試圖找到最有效的機(jī)制來(lái)做到這一點(diǎn)。”

鐵用于應(yīng)對(duì)額外壓力的應(yīng)對(duì)機(jī)制稱為“孿生”。原子排列向一側(cè)分流，將所有六棱柱旋轉(zhuǎn)近 90 度。孿生是金屬和礦物中常見(jiàn)的壓力響應(yīng)——石英、方解石、鈦和鋯都會(huì)發(fā)生孿生。

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