Phasenbeziehungen und physikalische Eigenschaften von Eisen-Sauerstoff-Verbindungen bei Multimegabar-Drücken und hohen Temperaturen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Elena Bykova
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406616493

Die Strukturen, Eigenschaften und das Hochdruck- und Hochtemperaturverhalten von Verbindungen im Fe-O-System sind trotz einer langen Forschungsgeschichte kontrovers und voller Überraschungen. Im letzten Jahrzehnt wurden mehrere Hochdruckeisenoxide mit bisher unbekannten Stöchiometrien entdeckt. Diese Materialien sind sehr wichtig für die Geowissenschaften (und Planetenwissenschaften) als potentielle Phasen während der Akkretion der Erde, als mögliche Komponenten des heutigen Erdmantels und zur Kontrolle der Sauerstofffugazität im Mantel, der Kernmantelgrenze und im Kern. Darüber hinaus sind die neuartigen Eisenoxide und ihre elektronischen und magnetischen Eigenschaften von großem Interesse für die moderne Festkörperphysik, Chemie, Materialwissenschaften und sogar für die Industrie (als Elemente in der Schaltelektronik und Speichern). Eisenoxide werden beim Druck über 200 GPa und Temperaturen bis zu 3500 K synthetisiert und in situ in den laserbeheizten Diamantstempelzellen (DACs) mit einer Reihe fortschrittlicher Komplementartechniken untersucht: Röntgenbeugung (XRD), Mössbauer- und Raman-Spektroskopie (und gegebenenfalls Röntgenabsorptionsspektroskopie und elektrische Widerstandsmessungen) und theoretische Berechnungen. Das methodische Ziel des Projekts ist, Einkristall-Diffraktionsstudien über 200 GPa zu erweitern. Besonderes Augenmerk wird auf den Untersuchungen von FeO, Fe3O4, Fe2O3, Fe4O5, Fe5O6, Fe5O7, Fe7O9 und FeO2 gerichtet. Die Endziele des Projekts sind das Erstellen eines Druck-Temperatur-Zusammensetzungs- (P-T-X) -Phasendiagramms des Fe-O-Systems unter den Bedingungen, die den gesamten Erdmantel und einen wesentlichen Teil des Kernes abdecken; die Analyse, wie Druck-Temperatur-induzierte Transformationen in Fe-O-Verbindungen die geochemischen Prozesse im Erdinneren beeinflussen können; die Entdeckung der Beziehungen zwischen Struktur, chemischer Bindung und Eigenschaften verschiedener Eisenoxide; und Formulierung der kristallchemischen Prinzipien, die das Verhalten von Übergangsmetalloxiden unter extremen Bedingungen steuern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Julien Haines; Dr. Jérôme Rouquette