O ferro é o elemento químico mais estável e pesado produzido pela nucleossíntese nas estrelas, tornando-o o elemento pesado mais abundante no universo e no interior da Terra e outros planetas rochosos.

Para obter uma melhor compreensão do comportamento de alta pressão do ferro, um físico do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e colaboradores internacionais descobriram as transições de fase de subnanosegundos no ferro com choque a laser. A pesquisa aparece na edição de 5 de junho da revista. Avanços da Ciência .

A pesquisa pode ajudar os cientistas a entender melhor a física, química e as propriedades magnéticas da Terra e de outros planetas medindo difração de raios-X de alta resolução resolvida no tempo para toda a duração da compressão de choque. Isso permite a observação do tempo de início da compressão elástica em 250 picossegundos e a observação inferida de estruturas de três ondas entre 300-600 picossegundos. A difração de raios-X revela que a famosa transformação de fase do ferro ambiente (Fe) para o Fe de alta pressão ocorre em 50 picossegundos.

Em condições ambientais, o ferro metálico é estável como uma forma cúbica centrada no corpo, mas à medida que as pressões sobem acima de 13 gigapascais (130, 000 vezes a pressão atmosférica na Terra), o ferro se transforma em uma estrutura hexagonal compacta não magnética. Esta transformação é sem difusão, e os cientistas podem ver a coexistência das fases ambiente e de alta pressão.

Ainda há debates sobre as localizações dos limites de fase do ferro, bem como a cinética dessa transição de fase.

A equipe usou uma combinação de uma bomba de laser óptico e uma sonda de laser de elétrons livres de raios-X (XFEL) para observar a evolução estrutural atômica do ferro comprimido por choque em uma resolução de tempo sem precedentes, cerca de 50 picossegundos sob alta pressão. A técnica mostrou todos os tipos de estrutura conhecidos do ferro.

Os membros da equipe descobriram até o surgimento de novas fases após 650 picossegundos com densidades semelhantes ou até inferiores à da fase ambiente.

"Esta é a primeira observação direta e completa da propagação da onda de choque associada às mudanças estruturais do cristal registradas por dados de série temporal de alta qualidade, "disse o físico do LLNL Hyunchae Cynn, um co-autor do artigo.

A equipe observou a evolução temporal de três ondas pelo elástico, plástico e a transição de fase deformacional para a fase de alta pressão, seguido por fases de pós-compressão devido a ondas de rarefação em intervalos de 50 picossegundos entre 0 e 2,5 nanossegundos após a irradiação com o laser óptico.

Outros experimentos podem levar a uma melhor compreensão de como os planetas rochosos foram formados ou se eles têm um oceano de magma no interior.