Guld är ett extremt viktigt material för högtrycksförsök och anses vara "guldstandarden" för beräkning av tryck i statiska diamantstädcellsexperiment. Vid långsam komprimering vid rumstemperatur (i storleksordningen sekunder till minuter), guld föredrar att vara den ansiktscentrerade kubiska (fcc) strukturen vid tryck upp till tre gånger jordens centrum.

Dock, forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) och Carnegie Institution i Washington har funnit att när guld komprimeras snabbt över nanosekunder (1 miljarddel av en sekund), ökningen av tryck och temperatur förändrar den kristallina strukturen till en ny fas av guld. Denna välkända kroppscentrerade kubiska (bcc) struktur förvandlas till en mer öppen kristallstruktur än fcc-strukturen. Dessa resultat publicerades nyligen i Fysiska granskningsbrev .

"Vi upptäckte en ny struktur i guld som existerar i extrema tillstånd - två tredjedelar av trycket som finns i mitten av jorden, "sa huvudförfattaren Richard Briggs, en postdoktor vid LLNL. "Den nya strukturen har faktiskt mindre effektiv packning vid högre tryck än startstrukturen, vilket var överraskande med tanke på den stora mängden teoretiska förutsägelser som pekade på mer tätt packade strukturer som borde finnas. "

Experimenten utfördes vid Dynamic Compression Sector (DCS) vid Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory. DCS är den första synkrotronröntgenanläggningen tillägnad dynamisk komprimeringsvetenskap. Dessa användarförsök var några av de första som utfördes på hutch-C, den dedikerade högenergilaserstationen för DCS. Guld var det perfekta ämnet att studera på grund av dess höga Z-värde (som ger en stark röntgenspridningssignal) och relativt outforskat fasdiagram vid höga temperaturer.

Teamet fann att guldstrukturen började förändras vid ett tryck på 220 GPa (2,2 miljoner gånger jordens atmosfärstryck) och började smälta när det komprimerades över 250 GPa.

"Observationen av flytande guld vid 330 GPa är häpnadsväckande, "Briggs sa." Detta är trycket i mitten av jorden och är mer än 300 GPa högre än tidigare mätningar av flytande guld vid högt tryck. "

Övergången från fcc till bcc struktur är kanske en av de mest studerade fasövergångarna på grund av dess betydelse vid tillverkning av stål, där höga temperaturer eller påfrestningar orsakar en strukturändring mellan de två fcc/bcc -strukturerna. Dock, det är inte känt vilken fasövergångsmekanism som är ansvarig. Forskargruppens resultat visar att guld genomgår samma fasövergång innan det smälter, som en följd av både tryck och temperatur, och framtida experiment med fokus på övergångsmekanismen kan hjälpa till att klargöra viktiga detaljer i denna viktiga övergång för tillverkning av starka stål.

"Många av de teoretiska modellerna av guld som används för att förstå högtrycks-/högtemperaturbeteendet förutsade inte bildandet av en kroppscentrerad struktur-bara två av mer än 10 publicerade verk, "Briggs sa." Våra resultat kan hjälpa teoretiker att förbättra sina modeller av element under extrem komprimering och se mot att använda de nya modellerna för att undersöka effekterna av kemisk bindning för att underlätta utvecklingen av nya material som kan bildas i extrema tillstånd. "