Cerdanyola del Vallès, 6 de setembre de 2018. El camp de la ciència dels materials estudia les propietats i processos dels sòlids per comprendre i descobrir les seves capacitats. Les tècniques de llum de sincrotró permeten analitzar aquests materials en condicions extremes (alta pressió i alta temperatura), obtenint nous detalls i un coneixement profund d'ells.
En estudiar els comportaments de fusió dels elements i materials terrestres en condicions extremes, els investigadors poden comprendre els fenòmens que tenen lloc dins d'ells. Aquesta informació és de gran valor per descobrir com reaccionen aquests materials en el nucli intern de la Terra, però també per altres aplicacions industrials. El zinc és un dels elements més abundants en l'escorça terrestre i s'utilitza en múltiples àrees, com la construcció, la indústria naval o l'automoció.
Un grup d'investigadors de la Universitat de València, la Universitat d'Edimburg, juntament amb el Sincrotró ALBA i Diamond Light Source (Regne Unit), han analitzat el diagrama de fase del zinc fins a 140 GPa i 6000K.
L'objectiu de l'estudi va ser comprovar la influència de la pressió i la temperatura en l'estructura cristal·lina del zinc i determinar com evoluciona la densitat respecte la pressió i la temperatura. Normalment, la densitat dels minerals augmenta al voltant d'un 50% des de la superfície de la Terra fins al límit entre el nucli i el mantell a causa d'una enorme pressió al voltant de 135 GPa. Llavors, amb aquest experiment, els investigadors han pogut simular les mateixes condicions del zinc a l'interior de la Terra.
Durant l'experiment, van poder estendre la corba de fusió del zinc d'estudis previs de 24 GPa a 140 GPa. A 10 GPa, van trobar una transició de fase sòlida-sòlida entre les estructures hexagonals isomórfiques, que correspon a una transició de fase isostructural de segon ordre.
Combinant tècniques experimentals i càlculs teòrics
Els investigadors van combinar diferents metodologies en aquest experiment. Es van realitzar anàlisis de difracció de raigs X a alta pressió i alta temperatura a la línia I15 (Diamond) i a la línia de ciència de materials i difracció en pols (MSPD) a l'ALBA. Això va ser possible gràcies a una configuració recent desenvolupada a l'ALBA i els mesuraments amb cel·les d'enclusa de diamant escalfades per làser (realitzades en Diamond) per aconseguir temperatures superiors a 1000K. Els resultats experimentals es van complementar amb càlculs teòrics utilitzant la teoria del funcional de la densitat (DFT) implementada en el paquet de simulació ab initio de Viena (VASP).
Figura: Diagrama de fase P-T de zinc per a P <16 GPa i T <1600K. Els punts de dades quadrats corresponen als mesuraments de difracció de raigs X. Els quadrats sòlids s'utilitzen per a la fase hexagonal de baixa pressió (hcp) i els símbols buits per a la fase hexagonal d'alta pressió (hcp '). Els cercles blancs, vermells i negres són punts de fusió d'estudis previs reportats en la literatura. Els triangles són punts de fusió obtinguts en els mesuraments actuals d'escalfament per làser. Dins de la figura, es mostra el desenvolupament realitzat al Sincrotró ALBA.
