Neu: Diamantstempelzellen
Dabei kamen die am BGI entwickelten Diamantstempelzellen zum Einsatz. In einer solchen Stempelzelle können winzige Materialproben zwischen zwei harten Diamantköpfen eingequetscht und Kompressionsdrücken von mehreren hundert Gigapascal ausgesetzt werden. Mit einem zielgenau gesteuerten Laserstrahl lassen sich die Proben dann auf mehr als 2.000 Grad Celsius erhitzen. „Die intensive und zugleich äußerst feine Röntgenstrahlung, die von der DESY-Röntgenquelle Petra III erzeugt wird, macht es möglich, Veränderungen in der kristallinen Struktur der Proben zu beobachten – eben diejenigen Veränderungen, die durch eine extreme Steigerung des Kompressionsdrucks und der Temperatur ausgelöst werden“, so Bykova.
„In dieser sogenannten Diamantstempelzelle können kleine Proben zwischen zwei Diamanten einem Druck von einigen hunderttausend Atmosphären ausgesetzt werden, wobei ein sorgfältig justierter Laser die Probe durch die transparenten Diamantstempel hindurch auf mehrere tausend Grad Celsius erhitzen kann“, beschreibt der Leiter der Messstation und Ko-Autor der Studie, Dr. Hanns-Peter Liermann von DESY. Dabei lassen sich mit dem außergewöhnlich hellen und feinen Röntgenstrahl von PETRA III Strukturänderungen in dem untersuchten Material verfolgen.
Bei einem Druck von mehr als 67 Gigapascal (das entspricht dem 670 000-fachen Atmosphärendruck) und einer Temperatur von rund 2400 Grad Celsius zerfiel das Hämatit und bildete ein neues Eisenoxid, Fe5O7, das zuvor noch nie beobachtet worden war. Druck und Hitze entsprachen dabei in etwa den Bedingungen in 1500 Kilometern Tiefe unter der Erdoberfläche. Bei einem noch höheren Druck von rund 70 Gigapascal, entsprechend einer Tiefe von 1670 Kilometern, zerfiel auch Magnetit, und es bildete sich das ebenfalls zuvor unbekannte Eisenoxid Fe25O32.