第一次高压合成铁变形发现地球的中心

高压元素研究重建的阶段铁认为形成高达90%的地球的核心。后续的分析这种材料的弹性性质有助于解释为什么地震的地震波旅行比在赤道两极极快4%。

地球内部的物质属性对生活产生巨大影响:地幔运动变化板块和液体外核,铁和合金的形成镍,负责地球的磁场。极端压力意味着这熔融混合物被压缩成固体晶体阶段称为ε-iron在内核中,但对这种压材料的属性或更广泛的影响无论是理论还是实验已经成功地复制了强烈的条件下出现在中央核心的一部分。然而,专家推断说,ε-iron的某些物理性质可以解释地球的不寻常的地震的行为。地球的核心表现anisotropically,这意味着它表现出不同方向的不同特征,”解释道杰(成龙)密歇根大学的矿物物理学家,我们。”因此,地震波通过内核速度不同的两极和赤道方向。”

现在,领导的一个团队艾格尼丝DewaeleParis-Saclay大学在法国找到了一个方法,实验重现单晶的高压铁变形,执行首次x射线分析的应力和弹性性质。的单晶ε-iron挑战形成直接从环境α-iron因为转换创建它不可避免地破坏了单晶,“Dewaele解释道。”(而不是尝试)直接转换,我们经历了第三阶段(称为γ-iron),只有在高温下稳定,这样我们可以保持在单晶样品形式”。

使用一个钻石砧细胞,7点α-iron gpa的团队压缩样本,提高温度800 k左右诱导转换γ-iron晶体。随着压力的增加,γ-iron慢慢变成了难以捉摸的ε-structure,形成稳定的单晶适合x射线分析。这些实验测量证实了疑似directionally-dependentε-iron弹性,通过一个轴与振动旅行快4.4%的晶体。

团队热衷于支持这些观察与理论计算,但现有建模技术为铁系统非常不可靠。在铁、电子有很强的相互之间的相互作用是相当罕见的。这个模型非常困难,因为有尽可能多的相互作用(对)的电子,加上这些相互作用随时间,“Dewaele解释道。我们使用计算方法(结合密度泛函理论和动态平均场理论),更好地描述了这些交互,”她补充道。这种结合方法适当占铁晶体内的压力和粘结强度的影响,有效复制实验结果。Dewaele的组合模型有效地再现实验结果和团队仍在继续探索如何可以应用到其他金属在极端条件下系统。

李留下了深刻印象,尤其是实验方面的工作,有兴趣看这些技术进步如何影响。”作者结合先进的实验和理论技术获得高质量的数据ε-iron的弹性,”她说。“如果能研究人员可以延长实验测量更高的压力和温度,并检查在铁杂质的影响弹性。