· La estructura del oxígeno rojo ε fases formado bajo presiones superiores a 10 GPa ha sido determinada. · Descubrimiento de un grupo O 8, que es una nueva conformación de la capa de ozono de oxígeno siguiente. Sinopsis Hiroshi Fujihisa (Investigador Principal) y Kazumasa Honda (líder del grupo) del Instituto de Investigación de Instrumentación de la Frontera (RIIF; Shingo Ichimura, Director) del Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología (AIST, Hiroyuki Yoshikawa, presidente), conjuntamente con el Universidad de Hyogo (Nobuaki Kumagai, presidente) y con el apoyo del Japón Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI; Kira Akira, Director General) han determinado la estructura cristalina de los sólidos de oxígeno de la fase ε, que había permanecido sin resolver por mucho tiempo. El oxígeno sólido ε-Fase El oxígeno sólido de la fase ε forman bajo presiones 10 a 96 GPa (1 gigaPascal = 109 Pascal) fue descubierto en 1979, pero hasta ahora la estructura ha sido claro, a pesar de muchas investigaciones experimentales y teóricas. AIST, en colaboración con el Universidad de Hyogo y JASRI, ha tenido éxito en la determinación de la estructura por medio de experimentos de difracción de polvo de rayos X en Spring-8 instalaciones de radiación sincrotrón y análisis de la estructura. En la estructura, una O 8 racimo consta de cuatro moléculas de O 2 se ha descubierto (Figura 1), que nadie había predicho teóricamente. Creemos que esta estructura, pueden influenciar en la investigación estructural de los elementos como una nueva conformación de las moléculas diatómicas siguientes ozono.  Figura 1. La estructura de la O 8 racimo descubierta en el oxígeno sólido de la fase ε. Antecedentes de la investigación sobre el trabajo Investigación de la disociación molecular y la metalización de los sólidos moleculares ha sido un problema a largo plazo en los campos de la física de estado sólido y de la tierra y ciencias planetarias. La investigación de la metalización de la presión inducida por el proceso de disociación molecular y de los más simples moléculas diatómicas, como H 2, N 2, O 2, F 2, Cl 2, Br 2, y 2, tiene desde hace mucho tiempo llamado mucho la atención . Transiciones de Fase Se ha sabido que el oxígeno se solidifica a tener un estado llamado β-fase a temperatura ambiente mediante la aplicación de presión, y con una mayor presión en aumento, la β-fase se somete a las transiciones de fase a la fase δ-a las 9 GPa y la fase ε- a 10 GPa; y, debido al aumento de las interacciones moleculares, el color rosado de los cambios de fase β-en naranja (δ-fase) y rojo (ε-fase), y el color rojo de la ε-fase de cambios a negro, con aumento de la presión (Figura 2). La Universidad de Hyogo ha encontrado recientemente que un ζ fase aparece a los 96 GPa cuando ε fase de oxígeno es más presionado. El ζ fases con brillo metálico se ha sabido que presentan superconductividad a baja temperatura. Las moléculas de oxígeno son una de las muy pocas moléculas con momentos magnéticos, y han llamado la atención desde la perspectiva de la relación entre la magnetización moleculares y estructuras cristalinas, las estructuras electrónicas, y la superconductividad. Sin embargo, la estructura cristalina de la fase ε-ha sido hasta ahora sin resolver a pesar de muchos estudios experimentales y teóricos.  Figura 2. Presión-Temperatura diagrama de fase de oxígeno La historia del trabajo de investigación Hasta ahora, como posibles modelos para la estructura ε fases, el O 4 modelo de un par de moléculas de O 2 (estimado a partir de las mediciones ópticas) y el modelo de la cadena, en el que la moléculas de O 2 es unidimensional conectados (predicción teórica) Se han propuesto. Sin embargo, los patrones de difracción calculado a partir de estos modelos no son consistentes con los patrones de difracción obtenidos a partir de experimentos, y por lo tanto estos modelos han estado en duda. Al combinar de forma eficaz sus propias técnicas, la Universidad de Hyogo , SPring-8/JASRI y AIST han intentado en polvo de rayos X de los experimentos de difracción y análisis estructural de la ε-fase en la que los institutos de japonés ni extranjeros han tenido éxito. La Universidad de Hyogo tiene una técnica experimental de alta presión para solidificar el oxígeno gaseoso de tenerlo confinado en un dispositivo de alta presión denominado "célula de yunque de diamante". Sin embargo, esta técnica puede preparar sólo muestras muy pequeñas (60 m de diámetro y 30 micras de espesor), y, además, como el oxígeno es un elemento de la luz, rayos X intensidades de difracción son débiles, por lo que es difícil de obtener alta calidad patrones de difracción. Sin embargo, el uso de alta brillantez de la radiación sincrotrón BL10XU línea de luz de la primavera-8, en polvo de rayos X de difracción con intensidad suficiente y la resolución se puede obtener incluso de muestras muy pequeñas. Además, utilizando una técnica de análisis de AIST para la determinación de estructuras cristalinas de los patrones de difracción de rayos X, los investigadores pensaron que el problema podría resolverse desde hace mucho tiempo. Detalles del trabajo de investigación El oxígeno de la fase ε se preparó como sigue. En primer lugar, el gas de oxígeno y la celda de yunque de diamante se enfría con nitrógeno líquido, y por lo tanto el oxígeno licuado fue. El nitrógeno líquido se encerró en la cámara de muestra de la celda de yunque de diamante, y presiones para que se solidifique. El oxígeno solidificado se puede mantener el estado sólido bajo una presión continua aplicada incluso a temperatura ambiente. Entonces, de rayos X de difracción de los polvos de oxígeno solidificado se obtuvieron utilizando la línea de luz de la primavera BL10XU-8. El procedimiento de análisis para determinar la estructura de los patrones de difracción de polvo es la siguiente. En primer lugar, asumimos que la estructura cristalina de la fase ε oxígeno pertenece al grupo de simetría más espacio, P1, y construyeron un modelo inicial con el método de recocido simulado. En segundo lugar, teniendo en cuenta las características de la estructura, la simetría se ha mejorado poco a poco para finalmente llegar a un modelo de la estructura con el espacio del grupo C 2 / m. Por último, después de hacer la estructura más precisa, el análisis de Rietveld, la estructura obtenida mostró una O 8 racimo de cuatro moléculas de oxígeno que tomar un acuerdo en forma de caja (Figura 3). Por lo tanto, los investigadores han descubierto que la estructura de la ε-fase se basa en una O 8 racimo, pero no es coherente con el O 4 modelo estimado a partir de mediciones ópticas o con el modelo de la cadena predicho teóricamente. Además, han confirmado que esta estructura está formada de hasta 96 GPa. El cúmulo de caja es una conformación única, que haya sido descubierto por el oxígeno, y nunca ha sido reportado experimentalmente o teóricamente para cualquier otras moléculas diatómicas.  Figura 3. La estructura cristalina de la fase ε oxígeno formado a 11 GPa. (A) la cifra proyectada al plano ab, (b) la cifra proyectada al plano ac. La longitud del enlace intra-molecular de la molécula de oxígeno es 0.120 nm. La longitud del enlace dentro del clúster de O8 cluster (naranja d1 línea de la barra) es 0,234 nm, y la distancia entre los cluster (d2 línea punteada) es 0,266 nm. Perspectivas de futuro Con la colaboración de tres instituciones, el análisis estructural del oxígeno de la fase ε han tenido éxito. Allá, sobre la base de la estructura de la ε-fase, los investigadores planean determinar la estructura del oxígeno ζ fases formado bajo presiones superiores a 96 GPa, que exhibe la metalización y la superconductividad. Si tiene éxito, proporcionará información importante para aclarar los mecanismos de la metalización y la superconductividad de oxígeno. Además, mediante el descubrimiento de una nueva molécula diatómica, la conformación de este trabajo, se espera que la investigación de los análisis estructurales de hidrógeno y otros elementos se acelerará. El mecanismo de formación de la O 8 de racimo en el trabajo aún no está claro, y los investigadores creen que la transferencia de carga entre las moléculas de oxígeno o el momento magnético de las moléculas de oxígeno tiene un papel importante en la formación. Una mayor clarificación del mecanismo está previsto. |