Experimentele Studien an Planetaren Eis bei hohem Druck und hoher Temperatur in der Diamanten Stempelzelle

• Antragstellerin: Professorin Carmen Sanchez-Valle, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Physik des Erdkörpers ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280637173

Planetare Eis Verbindungen (z.B. H2O, CH4, NH3) machen große Teile der gigantischen planetaren Eis Planeten aus und sind wahrscheinlich auch im Innern kürzlich entdeckter mini-Neptune Exoplaneten vorhanden. Allerdings sind ihre physikalischen Eigenschaften unter relevanten Bedingungen (>100 GPa und >2000 K) nur unzureichend bekannt. Bisherige Röntgenbeugungsstudien in der Diamantenstempel Zelle (DAC) waren durch die geringe Streueffizienz dieser Verbindungen mit niedrigem Z-Werten und ihre Reaktivität mit den Diamantenstempel begrenzt. Diese Mängel können vermieden werden, indem die Probe in kurzen Zeitskalen (Millisekunden bis Sekunden) mit dynamischen getriebenen Diamantenstempel Zellen (dDACs) komprimiert wird. Im Teilprojekt SP9 werden wir die Weiterentwicklung der dynamische Kompressionstechnik bei Eisphasen in DACs in Verbindung mit zeitaufgelösten Röntgenbeugungsdiagnostik nutzen, die bei PETRA III und dem europäischen XFEL während FOR2440 implementiert wurden, um das physikalische Verhalten von Eis im H2O-NH3 System zu untersuchen. Insbesondere werden wir die Stabilität, Struktur und Zustandsgleichungen von H2O, NH3 und H2O-NH3 Eisen bis zu 150 GPa und 5000 K bestimmen. Erste Experimente werden bei PETRA III mit resistiv beheizten, dynamisch angetriebenen Diamantenstemple Zellen durchgeführt, die während des FOR2440 in Betrieb genommen wurden. Um die Hochtemperaturbedingungen der superionischen Eisphasen (>2000 K) zu erreichen, kombinieren wir konventionelle Laserheiz-Experimente bei PETRA III mit einem neuartigen Ansatz zur Röntgenheizung der Probe durch aufeinanderfolgenden röntgenblitze des EuXFEL (in Zusammenarbeit mit SP7). Die experimentellen Ergebnisse werden neue Ankerpunkte für Computersimulationen liefern (in Zusammenarbeit mit SP3) und dienen als Input Parameter für großflächige numerisch Model die die Dynamik von Planeten simulieren (in Zusammenarbeit mit SP5).

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2440: Materie im Inneren von Planeten - Hochdruck-, Planeten- und Plasmaphysik
• Mitverantwortliche: Dr. Rachel Jane Husband; Hanns-Peter Liermann, Ph.D.