Eis unter Hochdruck: Bayreuther Forscher beobachten erstmals den Strukturwandel von Eiskristallen
Saiana Khandarkhaeva M.Sc. (li.) und Dr. Thomas Meier (re.) sowie Prof. Dr. Leonid Dubrovinsky und Dr. Sylvain Petitgirard von der Universität Bayreuth sind die Autoren der neuen Studie. Foto: Chr. Wißler
Das Bayreuther Forscherteam um Dr. Thomas Meier hat eine winzige Wasserprobe in eine Diamantstempelzelle eingesetzt und hier einem Kompressionsdruck von bis zu 100 Gigapascal (eine Million Atmosphären) ausgesetzt. Zunächst bildete sich die Eisphase VII, daraus entwickelte sich durch den weiter ansteigenden Druck die Eisphase X.
Diesen Phasenübergang konnten die Wissenschaftler live beobachten, weil Magnetfelder in den Diamantstempelzellen eine zeitgleiche NMR-spektroskopische Untersuchung der Proben ermöglichten. Für diese Kombination von Hochdruckforschung und NMR-Spektroskopie ist das BGI kürzlich als „Ausgezeichneter Ort im Land der Ideen“ ausgewählt worden.
Wie die Bayreuther Forscher herausfanden, spielen die Wasserstoffbrücken zwischen benachbarten Molekülen eine entscheidende Rolle beim Strukturwandel von Eisphase VII zu Eisphase X. Der hohe Kompressionsdruck bewirkt, dass Wasserstoffatome in das unter Normalbedingungen unzugängliche Zentrum der Wasserstoffbrücken gepresst werden.
Die neuen Erkenntnisse sind ein Beispiel für das ungewöhnliche Potenzial der Kombination von Hochdruckforschung und NMR-Spektroskopie. Dadurch lassen sich theoretische Berechnungen von Materialstrukturen und ihrer Dynamik erstmals empirisch überprüfen und verifizieren. Die so gewonnenen Erkenntnisse können wiederum wegweisend für technologische Innovationen sein. Dies gilt auch für die Erforschung der Eisphasen.
„Bislang galten theoretische Berechnungen und Modellierungen der Kristallstrukturen, durch die sich die diversen Eisphasen unterscheiden, als ein eher exotisches Gebiet der Physik. Doch wenn es jetzt dank unserer neuen Forschungstechnologie gelingt, diese Strukturen besser zu verstehen und sie mit hoher Präzision im Labor zu erzeugen, wird die Entwicklung von Quantencomputern möglicherweise einige entscheidende Schritte vorankommen. Diese Computer nutzen die Gesetze der Quantenmechanik für die Datenverarbeitung und könnten sich eines Tages im Vergleich mit unseren klassischen Rechnern als viel leistungsfähiger erweisen“, erklärt Dr. Thomas Meier.
Weitere Informationen:
Zur Kombination von Hochdruckforschung und NMR-Spektroskopie vgl. die Pressemitteilung der Universität Bayreuth vom 6. Juni 2018:
http://www.uni-bayreuth.de/de/universitaet/presse/pressemitteilungen/2018/068-Land-der-Ideen/
Dr. Thomas Meier
Bayerisches Geoinstitut (BGI)
Universität Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 55-3739
Vorzugsweise per E-Mail: thomas.meier@uni-bayreuth.de
Thomas Meier et al.: Observation of nuclear quantum effects and hydrogen bond symmetrisation in high pressure ice. Nature Communications 2018 (9). DOI: 10.1038/s41467-018-05164-x
Media Contact
Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften
Die Geowissenschaften befassen sich grundlegend mit der Erde und spielen eine tragende Rolle für die Energieversorgung wie die allg. Rohstoffversorgung.
Zu den Geowissenschaften gesellen sich Fächer wie Geologie, Geographie, Geoinformatik, Paläontologie, Mineralogie, Petrographie, Kristallographie, Geophysik, Geodäsie, Glaziologie, Kartographie, Photogrammetrie, Meteorologie und Seismologie, Frühwarnsysteme, Erdbebenforschung und Polarforschung.
Neueste Beiträge
Überlebenskünstler im extremen Klima der Atacama-Wüste
Welche Mikroorganismen es schaffen, in den extrem trockenen Böden der Atacama-Wüste zu überleben, und welche wichtigen Funktionen sie in diesem extremen Ökosystem übernehmen – zum Beispiel bei der Bodenbildung –,…
Hoffnung für Behandlung von Menschen mit schweren Verbrennungen
MHH-Forschende entwickeln innovatives Medikament, um die Abstoßung von Spenderhaut-Transplantaten zu verhindern. Wenn Menschen schwere Verbrennungen erleiden, besteht nicht nur die Gefahr, dass sich die Wunde infiziert. Der hohe Flüssigkeitsverlust kann…
Neue Erkenntnisse zur Blütezeit-Regulation
Einfluss von Kohlenstoff- und Stickstoff-Signalwegen auf Blütenrepressoren bei Arabidopsis. In einer aktuellen Publikation in der Fachzeitschrift Plant Physiology hat ein internationales Forschungsteam, dem unter anderem Dr. Justyna Olas als eine…