Estructura Cristalina de la e-Fase Sólida del Oxígeno Determinada Junto con El Descubrimiento de un Atado Rojo del Oxígeno O8

Temas Revestidos

Antecedentes

Sinopsis

Ε-Fase Sólida del Oxígeno

Antecedentes al Trabajo de Investigación

Transiciones de Fase

Historia del Trabajo de Investigación

Detalles del Trabajo de Investigación

Perspectivas Futuras

Antecedentes

·         La estructura de la ε-fase roja del oxígeno formada bajo presiones encima de 10 GPa se ha determinado.

·         Descubrimiento de un atado de O, que es una nueva conformación del oxígeno después del ozono.

Sinopsis

Hiroshi Fujihisa (Investigador Sénior) y Kazumasa Honda (Arranque De Cinta del Grupo) del Instituto de Investigación de la Frontera de la Instrumentación (RIIF; Shingo Ichimura, Director) del Instituto Nacional de la Ciencia y de la Tecnología Industriales Avanzadas (AIST; Hiroyuki Yoshikawa, Presidente), en común con la Universidad de Hyogo (Nobuaki Kumagai, Presidente) y con el soporte del Instituto de Investigación de la Radiación de Sincrotrón de Japón (JASRI; Akira Kira, Director General) ha determinado la estructura cristalina de la ε-fase sólida del oxígeno, que había seguido habiendo sin resolver para un de largo plazo.

Ε-Fase Sólida del Oxígeno

La ε-fase sólida del oxígeno formada bajo presiones a partir del 10 a 96 GPa (1 = 109 gigaPascal Pascal) fue descubierta en 1979, pero hasta ahora la estructura ha sido no entendible, a pesar de muchas investigaciones experimentales y teóricas. AIST, en colaboración con de y JASRI, ha tenido éxito en la determinación de la estructura por experimentos de la difracción de Radiografía del polvo en los análisis del recurso y de estructura de la radiación de sincrotrón SPring-8.

En la estructura, un atado de O que consistía en cuatro moléculas2 de O se ha descubierto (el Cuadro 1), que nadie había predicho teóricamente. Pensamos que esta estructura puede influenciar grandemente la investigación estructural de elementos como nueva conformación de moléculas diatómicas después del ozono.

AZoNano - La A a Z de la Nanotecnología - La estructura del atado O8 descubierto en la ε-fase sólida del oxígeno

Cuadro 1. atado descubierto en la ε-fase sólida del oxígeno.

Antecedentes al Trabajo de Investigación

La Investigación de la disociación y la metalización moleculares de macizo moleculares ha sido un problema a largo plazo en los campos de la física de estado sólido y tierra y las ciencias planetarias. La investigación de la metalización presión-inducida y del proceso molecular de la disociación de las moléculas diatómicas más simples, tales como H, N222222, ha atraído durante mucho tiempo mucha atención.

Transiciones de Fase

Se ha sabido que el oxígeno está solidificado para tomar un estado llamado la β-fase en la temperatura ambiente aplicando la presión, y con la presión cada vez mayor adicional, la β-fase experimenta transiciones de fase a la δ-fase en 9 GPa y a la ε-fase en 10 GPa; y, debido al aumento en acciones recíprocas moleculares, el color rosado de la β-fase cambia en anaranjado (δ-fase) y rojo (ε-fase), y el color rojo de la ε-fase cambia más lejos al negro con el aumento de la presión (Cuadro 2).

De ha encontrado recientemente que una ζ-fase aparece en 96 GPa cuando el oxígeno de la ε-fase se ejerce presión sobre más a fondo. La ζ-fase con lustre metálico se ha sabido para exhibir superconductividad en la baja temperatura. Las moléculas del Oxígeno son una muy de las pocas moléculas que tienen momentos magnéticos, y han atraído la atención desde el punto de vista del lazo entre la magnetización molecular y las estructuras cristalinas, las estructuras electrónicas, y la superconductividad. Sin Embargo, la estructura cristalina de la ε-fase hasta ahora ha estado sin resolver a pesar de muchos estudios experimentales y teóricos.

AZoNano - La A a Z de la Nanotecnología - diagrama de fase de la Presión-Temperatura del oxígeno

Cuadro 2.

Historia del Trabajo de Investigación

Hasta ahora, como modelos posibles para la estructura de la ε-fase, el modelo4 de O de un par de moléculas de O (estimadas de mediciones ópticas) y el modelo de cadena, en el cual el O2

Efectivo combinando sus propias técnicas, el UniversityHyogo de tiene una técnica experimental de alta presión para el oxígeno gaseoso de solidificación lindándolo en un dispositivo de alta presión llamado una “célula del diamante-yunque.” Sin Embargo, esta técnica puede preparar solamente las muestras muy pequeñas (el µm 60 µm en diámetro y 30 en espesor), y, además, como el oxígeno es un elemento pálido, las intensidades de la difracción de Radiografía son débiles, haciéndolo difícil obtener los modelos de difracción de alta calidad. Sin Embargo, usando la radiación de sincrotrón de la alto-brillantez del beamline BL10XU de SPring-8, los modelos de difracción de Radiografía del polvo con suficientes intensidades y la resolución se pueden obtener incluso de muestras muy pequeñas. Además, usando una técnica del análisis de AIST para determinar las estructuras cristalinas de modelos de difracción de Radiografía del polvo, los investigadores pensaron que el prolongado problema podría ser resuelto.

Detalles del Trabajo de Investigación

La ε-fase del oxígeno fue preparada como sigue. Primero, oxígeno-gas y la célula del diamante-yunque fueron enfriados con nitrógeno líquido, y el oxígeno fue licuado así. El nitrógeno líquido fue incluido en el compartimiento de la muestra de la célula del yunque del diamante, y ejercido presión sobre para solidificar él. El oxígeno solidificado puede mantener la presión aplicada continuada inferior de estado sólido incluso en la temperatura ambiente. Entonces, los modelos de difracción de Radiografía de los polvos solidificados del oxígeno fueron obtenidos usando el beamline BL10XU de SPring-8.

El procedimiento de los análisis para determinar la estructura de los modelos de difracción del polvo estaba como sigue. Primero, asumimos que la estructura cristalina de la ε-fase del oxígeno pertenece al grupo de espacio más inferior de la simetría, P1, y construyó un modelo inicial usando el método que destempla simulado. En Segundo Lugar, en vista de las características de la estructura, la simetría fue aumentada gradualmente finalmente para alcanzar un modelo de la estructura con el grupo de espacio C/m.2 Lastly, después de hacer la estructura más exacta usando el análisis de Rietveld, la estructura obtenida mostró un atado de O en el cual cuatro moléculas del oxígeno toman una ordenación encajonada (Cuadro 3).

Así, los investigadores han encontrado que la estructura de la ε-fase está basada en un atado de O, pero no son constantes con el modelo de O estimado de mediciones ópticas o con el modelo de cadena previsto teóricamente. Además, han confirmado que esta estructura está formada hasta 96 GPa. El atado encajonado es una conformación única que primero se ha descubierto para el oxígeno, y nunca ha estado señalado experimental o teóricamente para cualquier otra molécula diatómica.

AZoNano - La A a Z de la Nanotecnología - La estructura cristalina de la ε-fase del oxígeno formada en 11 GPa. (a) su figura proyectada al avión del ab, (b) su figura proyectada al avión de la CA. La longitud en enlace intramolecular de la molécula del oxígeno es 0,120 nanómetros. El intra-atado que la longitud en enlace del atado O8 (línea de barra anaranjada d1) es 0,234 nanómetros, y la distancia del inter-atado (línea de puntos d2) es 0,266 nanómetros.

Cuadro 3.

Perspectivas Futuras

Por la colaboración de tres instituciones, los análisis estructurales de la ε-fase del oxígeno han tenido éxito. En Lo Sucesivo, sobre la base de la estructura de la ε-fase, los investigadores proyectan determinar la estructura de la ζ-fase del oxígeno formada bajo presiones encima de 96 GPa, que exhibe la metalización y la superconductividad. Si es acertado, esto proporcionará a la información importante para clarificar los mecanismos de la metalización y de la superconductividad del oxígeno. También, descubriendo una nueva conformación de la diatómico-molécula en este trabajo, cuentan con que la investigación de los análisis estructurales para el hidrógeno y otros elementos sea acelerada.

El mecanismo de la formación del atado de O encontrado en el trabajo no está sin obstrucción todavía, y los investigadores piensan que la transferencia de carga entre las moléculas del oxígeno o el momento magnético de las moléculas del oxígeno tiene un papel importante en la formación. La clarificación Adicional del mecanismo se proyecta.

Fuente: AIST

Para más información sobre esta fuente visite por favor AIST

Date Added: Dec 4, 2006 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 12:57

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