• Zum Inhalt springen
  • Skip to secondary menu
  • Zur Seitenspalte springen

Die Chemie Zeitschrift Österreichs

Das unabhängige Traditionsmagazin

  • Das Magazin
    • Über die Österreichische Chemie Zeitschrift
    • 120 Jahre
    • Abonnement
    • Mediadaten
    • Online-Archiv
  • Resorts
    • Forschung
    • Foto Freitag
    • Messe
    • Publikation
    • Personalia
    • Bildung
  • Messekalender
  • Chemie-Lexikon
  • Links
    • L&B
    • labor
    • Kunststoff
  • Welkin Media Verlag
Aktuelle Seite: Start / Publikation / Osmium ausgequetscht: Ein Hochdruck-Weltrekord

Osmium ausgequetscht: Ein Hochdruck-Weltrekord

26. August 2015 von Florian Fischer

Ein internationales Forscherteam der Uni Bayreuth, unter der Beteiligung von DESY-Wissenschaftern hat den höchsten statischen Druck erzeugt, der jemals in einem Labor erreicht werden konnte. Der neue Rekorddruck liegt 130 GPa höher als der vorige Weltrekord, der ebenfalls von Mitgliedern dieses Teams aufgestellt worden war.

Mit einer speziellen Diamantstempelzelle untersuchten die Forscher das Verhalten des Metalls Osmium bei Drücken von bis zu 770 GPa – das entspricht dem 7,7-millionenfachen Druck der Atmosphäre und mehr als dem doppelten Druck im Erdkern. Überraschenderweise ändert Osmium im Gegensatz zu anderen Materialien seine Kristallstruktur nicht einmal unter solchen Rekorddrücken, allerdings zwingt der Hochdruck die inneren Elektronen zur Wechselwirkung, wie die Wissenschaftler im Fachjournal „Nature“ berichten.

Dieses grundlegende Ergebnis hat große Bedeutung für das Verständnis der Physik und Chemie in extrem komprimierter Materie, für das Design von Materialien für Extrembedingungen sowie für mathematische Modelle des Inneren von großen Planeten und Sternen.

Metallisches Osmium (Os) ist eines der ungewöhnlichsten chemischen Elemente: Es besitzt bei Normaldruck die höchste Dichte aller Elemente sowie eine der höchsten Bindungsenergien, einen der höchsten Schmelzpunkte und eine sehr geringe Kompressibilität – es lässt sich fast ebenso wenig zusammenpressen wie Diamant. Wegen seiner außergewöhnlichen Härte kommt es unter anderem in Legierungen als elektrischer Kontakt, für stark beanspruchte Maschinenteile sowie als Schreibspitze in hochwertigen Füllfederhaltern zum Einsatz.

„Hochdruck verändert normalerweise die Eigenschaften vieler Stoffe radikal: Metalle wie Natrium werden zu transparenten Isolatoren, Gase wie Sauerstoff werden dagegen fest und elektrisch leitend, manche sogar zu Supraleitern“, erläutert Prof. Natalia Dubrovinskaia von der Universität Bayreuth, gemeinsam mit Prof. Leonid Dubrovinsky Hauptautorin der Studie. „Wie bei jedem anderen Material unter sehr hohem Druck sollte sich auch bei Osmium die Kristallstruktur ändern.“

Schemazeichnung der Stempelzelle: Die Osmium-Probe (roter Punkt) misst nur 3 µm und sitzt zwischen zwei Halbkugeln aus nanokristallinem Diamant. (Bild: Elena Bykova / Universität Bayreuth)
Schemazeichnung der Stempelzelle: Die Osmium-Probe (roter Punkt) misst nur 3 µm und sitzt zwischen zwei Halbkugeln aus nanokristallinem Diamant. (Bild: Elena Bykova / Universität Bayreuth)

Um dies zu untersuchen, nutzten die Wissenschaftler ein Spezialgerät für ultrahohe statische Drücke, das von den beiden Teamleitern Dubrovinsky und Dubrovinskaia in Bayreuth entwickelt worden ist. Das Spezialgerät, eine zweistufige Diamantstempelzelle, besitzt winzige Stempel aus nanokristallinem Diamant, die nur 10 bis 20 µm Durchmesser haben. Die vielen Korngrenzen der Nanokristalle machen diese Mikro-Stempel härter als Diamanten-Einkristalle: So können sie mit bis zu 770 GPa fast dem doppelten Druck standhalten.

Um die Eigenschaften von Osmium unter diesen Extrembedingungen zu untersuchen, nutzten die Forscher hochbrillante Röntgenstrahlung von DESYs Forschungslichtquelle PETRA III sowie die Europäische Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Frankreich und die Advanced Photon Source (APS) in den USA. Die Versuche zeigen, dass Osmium eine unerreichte strukturelle Stabilität besitzt und seine Kristallstruktur sogar unter dem Extremdruck von 770 GPa aufrechterhält.

Einheitszelle Osmium schrumpft – enthüllt Gitterparameter

Während die sogenannte Einheitszelle des Osmium-Kristalls mit steigendem Druck kontinuierlich schrumpft, enthüllten Detailuntersuchungen kleine Anomalien der Gitterparameter, die diese Einheitszelle definieren. In der Regel sind Änderungen von Materialeigenschaften unter Druck auf eine neue Konfiguration der äußeren (Valenz-)Elektronen zurückzuführen. Der Grund für die beobachtete Strukturanomalie bei Osmium unter Hochdruck ist jedoch eine Wechselwirkung der inneren Elektronen, wie es auch aktuelle theoretische Berechnungen nahelegen.

„Unsere Arbeit zeigt, dass ultrahoher statischer Druck die inneren Elektronen zu einem Wechselspiel zwingen kann“, erläutert Dubrovinsky. „Die Möglichkeit, die inneren Elektronen selbst in solch inkompressiblen Metallen wie Osmium in Experimenten mit statischem Hochdruck zu beeinflussen, bietet spannende Perspektiven für die Suche nach neuen Zuständen der Materie.“

Die Experimente eröffnen die Möglichkeit, Materie unter den Extrembedingungen zu untersuchen, wie sie im Kern großer Planeten herrschen. „In den vergangenen 20 Jahren haben Astronomen mehr als tausend Planeten bei anderen Sternen gefunden, fast alle davon sind größer als unsere Erde”, sagt Ko-Autor Dr. Hanns-Peter Liermann, bei DESY für die Messstation P02 an PETRA III verantwortlich, wo ein Teil der Experimente stattgefunden hat. „Mit der neuentwickelten, zweistufigen Diamantstempelzelle und dem scharf fokussierten, extrem hellen Röntgenlicht von PETRA III – oder in Zukunft mit dem Europäischen Röntgenlaser European XFEL, der gerade in Hamburg gebaut wird – können wir eine Vielzahl möglicher Kompositionen von Gesteinsplaneten unter den höchsten Extrembedingungen untersuchen und viel über die Zusammensetzung und Entwicklung solcher Planeten lernen.“

Publikation

Dubrovinsky, N. Dubrovinskaia, E. Bykova, M. Bykov, V. Prakapenka, C. Prescher, K. Glazyrin, H.-P. Liermann, M. Hanfland, M. Ekholm, Q. Feng, L. V. Pourovskii, M. I. Katsnelson, J. M. Wills, and I. A. Abrikosov
The most incompressible metal osmium at static pressures above 750 GPa,
„Nature”, 2015

DOI:10.1038/nature14681

Kontakt

Prof. Leonid Dubrovinsky
Universität Bayreuth
Prof. Natalia Dubrovinskaia
Universität Bayreuth
Dr. Hanns-Peter Liermann
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

Kategorie: Publikation Stichworte: Druck, Forschung, Osmium, Publikation

Seitenspalte

Die aktuelle Chemie

Messekalender

Juni 12
12. Juni - 13. Juni

TECH.CON 2025

Juni 17
09:30 - 15:30

LAB-SUPPLY Berlin 2025

Juni 25
09:30 - 15:30

LAB-SUPPLY Innsbruck 2025

Sep. 3
09:00 - 15:30

SchraubTec Bochum 2025

Sep. 10
10. September - 11. September

all about automation 2025 – Wetzlar

Kalender anzeigen

Newsletter

  • Newsletter Anmeldung
  • Unser Newsletter-Archiv

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Lebensmittel-&Biotechnologie und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • Leichtbau-Innovation von ENGEL auf der EUROBIKE 2025
    am 12. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    ENGEL präsentiert sich erstmals auf der EUROBIKE, die vom 25. bis 29. Juni 2025 in Frankfurt stattfindet. Mit einer vollständig integrierten Produktionszelle demonstriert das Unternehmen live die Fertigung eines innovativen Fahrradlenkers für […]

  • Konstantin Klein: Monomaterial ist heute technisch etabliert
    am 12. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Im VDMA way2K Interview erklärt Konstantin Klein von Hosokawa Alpine AG, warum Monomaterialverpackungen heute technisch ausgereift sind. Die Herstellung nachhaltiger Lösungen durch MDO-Technologie ist heute industriell etabliert – mit […]

  • Elektrischer Tunnelofen spart bis zu 40 % Energie
    am 12. Juni 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Der GEA Tunnelofen E-Bake G2 spart 40 % Energie durch Mikrokonvektion und flexible Module für präzises elektrisches Backen. Er ist auf die Produktion von Hartkeksen, Weichkeksen und Crackern ausgelegt und bietet eine verbesserte Luftströmung […]

  • ENGEL gründet Tochtergesellschaft ENGEL Spain in Barcelona
    am 11. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    ENGEL übernimmt langjährigen Partner Roegele und gründet mit ENGEL Spain eine eigene Niederlassung in Spanien. Damit stärkt der Spritzgießmaschinenbauer seine Marktposition in Südwesteuropa und investiert gezielt in Kundennähe und Wachstum. […]

  • Labortechnik & Analytik auf der LAB-SUPPLY Innsbruck
    am 11. Juni 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Die LAB-SUPPLY Innsbruck am 25. Juni 2025 bietet Fachvorträge, Innovationen und direkte Kontakte für Expert*innen aus Forschung, Industrie und Gesundheitswesen. Labortechnik zum Anfassen – kompakt an einem Tag im Congress Innsbruck. Eintritt […]

  • Rezyklate – Rohstoff der Zukunft in der Kunststoffindustrie
    am 10. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Die K 2025 stellt mit dem Hot Topic „Shaping the circular economy“ das Thema Kreislaufwirtschaft ins Zentrum – Anlass genug, um auf den Status Quo zu blicken. Die Potenziale von Rezyklaten sind enorm – doch hohe Kosten, technische Hürden […]

  • Mobiles Biomasse-Kraftwerk wandelt Altstoffe in Energie um
    am 10. Juni 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Corbofix präsentiert ein patentiertes Biomasse-Kleinkraftwerk, das regional anfallende biogene Abfälle in Energie, Strom und Wärme umwandelt. Die kompakte Anlage ist mobil einsetzbar und eignet sich sowohl für kleinere Gemeinden und KMUs als […]

  • Falling Walls Lab Vienna 2025
    am 6. Juni 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Das Falling Walls Lab Vienna 2025 bringt einen international renommierten Pitch-Wettbewerb nach Österreich. Junge Talente aus Forschung, Hochschule und innovativen Unternehmensbereichen erhalten die Möglichkeit, ihre zukunftsweisenden Ideen zu […]

  • ARA erreicht Recyclingziel für Kunststoffverpackungen ab 2025
    am 6. Juni 2025 von Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Laut aktueller Hochrechnung wird die ARA das EU-Ziel von 50 % Recyclingquote für Kunststoffverpackungen 2025 erfüllen. Gleichzeitig mahnt sie Kontrollen bei der Gewerbesammlung ein und investiert in Innovationen wie das Recycling von […]

  • Infrareal übernimmt Pharmapark Orth von Takeda
    am 5. Juni 2025 von Birgit Fischer (Lebensmittel- & Biotechnologie)

    Zum 31. Mai 2025 hat die Infrareal Holding GmbH & Co. KG die Übernahme des Pharma- und Biotech-Standortes Orth in Niederösterreich abgeschlossen. Die neu gegründete PharmaparkOrth Management GmbH fungiert seither als Tochtergesellschaft der […]

Schlagwörter

Aktuelle Nachrichten über BASF analytica Analytik Analytik Jena Anlagenbau Automation Automatisierung Awards B&R Borealis BR CEM CO2 Danfoss Digitalisierung Elektrolyse Endress+Hauser Evonik FCIO Festo Finance Forschung FotoFreitag Foto Freitag Hardware Industrie 4.0 Jubiläum Kreislaufwirtschaft Labortechnik LANXESS Lenzing Logistik Messe Messe München Nachhaltigkeit OMV Personalia Publikation Pumpen Recycling Robotik Shimadzu Software Wasserstoff Webinar

Kategorien

Copyright © 2025 · WelkinMedia Fachverlag