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Osmium

Unbekannter Materiezustand mit Rekorddruck erzeugt

Osmium ist das Element mit der höchsten Massendichte. Auch unter einem Druck von mehr als 770 Gigapascal bleibt es unbeugsam – in seinem Inneren gehen aber eigenartige Dinge vor.

Einem internationalen Wissenschaftlerteam um Natalia Dubrovinskaia und Leonid Dubrovinsky von der Universität Bayreuth ist es gelungen, in dem Platinmetall Osmium erstmals eine äußerst ungewöhnliche Strukturveränderung hervorzurufen. Dieses Kunststück bewerkstelligten die Forscher durch einen extrem hohen Kompressionsdruck von mehr als 770 Gigapascal. Das entspricht mehr als dem Doppelten des Drucks im Erdkern und ist ein Wert, der bisher bei Raumtemperatur noch nie im Labor erreicht wurde.

Um diesen Rekorddruck zu erzeugen, nutzten die Bayreuther Wissenschaftler eine neue, zweistufige Diamantstempelzelle, bei der die Probe zwischen zwei Stempeln aus Nanodiamanten platziert wird, deren abgerundete Köpfe einander gegenüberstehen und die auf Grund der winzigen Größe der einzelnen Diamanten extrem belastbar sind. Ab einem Kompressionsdruck von 440 Gigapascal konnten sie dabei auf atomarer Ebene Veränderungen in dem außerordentlich harten Osmium feststellen, die sich auf konventionellem Weg nicht mehr erklären ließen, so Dubrovinskaia. Während die Kristallstruktur weit gehend erhalten blieb, erweckte es den Anschein, als hätten vielmehr die Kernelektronen, die nicht an chemischen Bindungen beteiligt sind und normalerweise stets in klar unterscheidbaren Zuständen vorliegen, begonnen, miteinander in Wechselwirkung zu treten; ihre Zustände gingen dabei ineinander über. Die Wissenschaftler nennen dies "core level crossing transition" und glauben, dass das Phänomen weiterer Untersuchungen bedarf. Wenn sich mit enorm hohen Drücken ein so ungewöhnlicher Zustand erzeugen lässt, dann können vielleicht auch noch andere Materiezustände erreicht werden, die sich bis dato noch der Vorstellungskraft von Forschern entziehen.

34/2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 34/2015

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