Потемнение части образца NiO при переходе в металлическое состояние при высоких давлениях. Источник: Александр Гаврилюк
В новой работе исследователи подробно описали структурные изменения, которые происходят в оксиде никеля при переходе от состояния изолятора к состоянию металла. Для этого авторы сконструировали экспериментальную установку, которая представляла собой миниатюрную камеру — площадью менее квадратного сантиметра, — с двух сторон от которой располагались алмазные наковальни. Их поверхности сжимали образец, помещенный в камеру со специальной средой, до сверхвысоких давлений в несколько миллионов атмосфер. Специальные датчики, подведенные к камере, позволили ученым наблюдать за изменением структуры оксида никеля и измерять его сопротивление.
Примеры рабочих поверхностей алмазных наковален. Источник: Александр Гаврилюк
Эксперименты показали, что при сжатии произошло заметное изменение структуры образца: его объем сначала плавно уменьшился примерно на 33% при росте давления от атмосферного до 225 ГПа, а затем резко сократился еще на 2,7% в момент перехода. Поскольку давление в данном случае оказалось очень близко тому, которое ученые наблюдали в предыдущей работе, они сделали вывод, что структурный переход взаимосвязан с переходом из состояния изолятора к состоянию металла и позволяет объяснить механизмы последнего.«Полученные нами результаты очень важны, во-первых, для понимания фундаментальных свойств такого рода изоляторов, а, во-вторых, для геофизики и исследований строения Земли. По современным представлениям, никель наряду с железом входит в состав земного ядра в количестве примерно 9% по отношению к железу. Значит, при создании модели строения внутренних слоев Земли и ее ядра необходимо учитывать свойства никеля и его монооксида при высоких давлениях. Мы продолжаем исследования других свойств NiO, а именно оптических, магнитных, колебательных и электронных, особенно непосредственно перед переходом и сразу после него», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Александр Гаврилюк, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ИЯИ РАН и заведующий сектора физики высоких давлений ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН.
Одна из возможных конструкций камеры высокого давления с алмазными наковальнями и фотография камер, используемых в различных типах экспериментов. Источник: Александр Гаврилюк
В исследовании также приняли участие ученые из Федерального научно-исследовательского центра «Кристаллография и фотоника» РАН (Москва), Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) и их коллеги из Китая, США и Германии.