I jordens djup, där tryck och temperaturer är extrema, utsätts järn för enorma påfrestningar. Forskare har länge undrat hur järn beter sig under dessa förhållanden, eftersom det är en nyckelkomponent i jordens inre och spelar en avgörande roll i många geologiska processer.

För att få insikter om järns beteende under extrem stress, genomförde forskare från University of California, Berkeley och Advanced Light Source (ALS) vid Lawrence Berkeley National Laboratory en serie experiment med en diamantstädcell. Denna enhet gjorde det möjligt för dem att återskapa de höga tryck och temperaturer som finns djupt inne i jorden.

Forskarna placerade ett litet prov av järn mellan två diamantstäd och pressade det till tryck på upp till 2,5 miljoner atmosfärer, vilket motsvarar trycket i jordens centrum. De värmde också provet till temperaturer på upp till 2 000 grader Celsius, vilket är varmare än solens yta.

Under dessa extrema förhållanden genomgick järnet en serie fasövergångar, som ändrades från en kristallstruktur till en annan. Dessa fasövergångar åtföljs av förändringar i järnets egenskaper, såsom dess densitet, elektrisk ledningsförmåga och magnetisk känslighet.

Forskarna använde röntgendiffraktion för att studera strukturen av järnprovet under högt tryck och temperatur. Denna teknik gjorde det möjligt för dem att bestämma arrangemanget av atomer i järnkristallgittret och hur det förändras med ökande tryck och temperatur.

Resultaten av experimenten ger värdefulla insikter om järns beteende under extrema förhållanden som finns i jordens inre. Denna kunskap är avgörande för att förstå dynamiken i jordens mantel och kärna, såväl som bildningen och utvecklingen av planeten.

Studien lyfter också fram vikten av högtrycks- och högtemperaturexperiment för att studera materials egenskaper under extrema förhållanden. Dessa experiment kan hjälpa oss att reda ut den djupa jordens mysterier och få en bättre förståelse för de grundläggande processer som formar vår planet.