Новый вид металла

Колоссальное давление и высокие температуры, существующие в недрах Земли, сдавливают атомы и электроны так, что они начинают взаимодействовать иначе, в результате чего происходит изменение состояния материалов.  Новые эксперименты и расчеты с помощью суперкомпьютера позволили установить, что оксид железа (FeO) претерпевает переход в новое состояние в условиях глубинных недр Земли.

FeO  является составной частью второго наиболее распространенного в нижней мантии Земли минерала, ферропериклаза,  содержащего окись магния и окись железа.

Имитируя в лаборатории экстремальные условия, существующие в нижней мантии Земли, команда учёных из Carnegie Institution изучала электропроводность оксида железа при давлении в 1,4 миллиона раз выше атмосферного и при температуре до 4000 ° F.  Был также использован новый вычислительный метод, который применяется в фундаментальной физике для моделирования многотельных взаимодействий между электронами.  И теория и эксперименты подтвердили существование нового вида металлизации FeO. В отличие от предыдущих представлений, оксид железа перестаёт быть изолятором ( не обладающим электропроводностью) и переходит в состояние высокопроводящего металла при 690 000 атм и 3000 ° F, но… без изменения структуры.

Предыдущие исследования предполагали, что металлизация FeO связана с изменением его кристаллической структуры.  Это означало, что оксид железа может быть как изолятором, так и металлом в зависимости от температуры и давления. При высоких температурах атомы в кристаллах оксида железа имеют такую же структуру, как поваренная соль, NaCl, и  так же, как поваренная соль, FeO в обычных условиях является хорошим изолятором, т.е., не проводит электричество. Более поздние измерения показали, что при высоких давлениях и температурах происходит металлизация FeO, но считалось, что при этом образуется другая кристаллическая структура.

Новые результаты показывают, что FeO металлизируется без каких-либо изменений в структуре и что для этого требуется комбинация соответствующей температуры и давления. Более того, новая теория утверждает, что состояние электронов в этом случае отличается от такового для других материалов, которые металлизируются.

Результаты свидетельствуют, что оксид железа электропроводен во всем диапазоне его нахождения в нижней мантии Земли.  Металлическая фаза должна увеличивать электромагнитное взаимодействие между жидким ядром и нижней мантией, а это весьма существенно для магнитного поля Земли, которое генерируется во внешнем ядре, поскольку меняется состояние магнитного поля, передаваемого на поверхность Земли.

Тот факт, что минерал обладает совершенно новыми свойствами, которые резко изменяются в зависимости от его состава и местонахождения в пределах Земли, является одним из главных открытий. Оно меняет наше понимание глубокой динамики Земли и поведения её магнитного поля, которое защищает планету от вредного воздействия космических лучей.