Anordnung von Atomen in flüssigem Gallium unter Druck

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Flüssige Metalle und Legierungen haben außergewöhnliche Eigenschaften, die sie für Anwendungen zur Speicherung und Erzeugung elektrischer Energie geeignet machen.Flüssigmetalle auf Galliumbasis mit niedrigem Schmelzpunkt werden als Wärmeaustauschflüssigkeiten zur Kühlung integrierter Elektronik und bei der Herstellung flexibler und rekonfigurierbarer elektronischer Geräte und Soft Robotics verwendet.

Gallium ist ein rätselhaftes Metall mit bemerkenswerten physikalischen Eigenschaften, darunter ein anomal niedriger Schmelzpunkt knapp über Raumtemperatur, einer der größten Flüssigkeitsbereiche aller Elemente und eine Volumenkontraktion beim Schmelzen, die der von Wasser ähnlich ist.Im Gegensatz zu den regelmäßigen periodischen Anordnungen von Atomen in kristallinen Festkörpern ist der flüssige Zustand charakteristisch ungeordnet.

Flüssigkeiten können fließen und ihre Atome bewegen sich chaotisch wie in einem Gas.Im Gegensatz zu einem Gas erzeugen die starken Kohäsionskräfte in Flüssigkeiten jedoch eine gewisse Ordnung auf lokaler Ebene.

Das Verständnis, wie sich diese Ordnung bei hohen Drücken und Temperaturen ändert, ist wichtig für die Entwicklung von Materialien mit neuartigen physikalischen Eigenschaften oder für den Betrieb unter extremen Bedingungen und ist der Schlüssel zum Verständnis von Prozessen in tiefen terrestrischen und exoplanetaren Innenräumen, wie z.B.

die Bildung metallischer Kerne und die Erzeugung von Magnetfeldern.In einer neuen Studie unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Bristol, die in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, werden in situ Synchrotron-Röntgenbeugungsmessungen der Schmelzkurve, Dichte und Struktur von flüssigem Gallium an der Diamond Light Source, UK, bei Drücken von bis zu 26 GPa unter Verwendung einer widerstandsbeheizten Diamant-Ambosszelle durchgeführt, um diese extremen Bedingungen zu erzeugen.Die Ergebnisse der ab initio Molekulardynamik-Simulationen, die auf dem Supercomputer “BlueCrystal phase 4” des Advanced Computing Research Centre der Universität von Bristol durchgeführt wurden, stimmen hervorragend mit den experimentellen Messungen überein.

Frühere Studien sagen voraus, dass sich die flüssigen Strukturen von Gallium und anderen Metallen aus komplexen Konfigurationen mit niedrigen….

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