Diamond formation kinetics in shock-compressed C─H─O samples recorded by small-angle x-ray scattering and x-ray diffraction
Zhiyu He
(1, 2, 3)
,
Melanie Rödel
(1, 4)
,
Julian Lütgert
(1, 2, 4)
,
Armin Bergermann
(2)
,
Mandy Bethkenhagen
(5)
,
Deniza Chekrygina
(1)
,
Thomas Cowan
(1, 4)
,
Adrien Descamps
(6)
,
Martin French
(2)
,
Eric Galtier
(6)
,
Arianna Gleason
(6)
,
Griffin Glenn
(6)
,
Siegfried Glenzer
(6)
,
Yuichi Inubushi
(7)
,
Nicholas Hartley
(6)
,
Jean-Alexis Hernandez
(8, 9)
,
Benjamin Heuser
(1)
,
Oliver Humphries
(1)
,
Nobuki Kamimura
(10)
,
Kento Katagiri
(10)
,
Dimitri Khaghani
(6)
,
Hae Ja Lee
(6)
,
Emma Mcbride
(6)
,
Kohei Miyanishi
(11)
,
Bob Nagler
(6)
,
Benjamin Ofori-Okai
(6)
,
Norimasa Ozaki
(10)
,
Silvia Pandolfi
(6)
,
Chongbing Qu
(2)
,
Divyanshu Ranjan
(1, 2)
,
Ronald Redmer
(2)
,
Christopher Schoenwaelder
(6)
,
Anja Schuster
(1)
,
Michael Stevenson
(2)
,
Keiichi Sueda
(11)
,
Tadashi Togashi
(7, 11)
,
Tommaso Vinci
(12)
,
Katja Voigt
(1)
,
Jan Vorberger
(1)
,
Makina Yabashi
(7, 11)
,
Toshinori Yabuuchi
(7, 11)
,
Lisa Zinta
(2)
,
Alessandra Ravasio
(12)
,
Dominik Kraus
(1, 2)
1
HZDR -
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
2 Universität Rostock
3 Shanghai Institute of laser plasma
4 TU Dresden - Technische Universität Dresden = Dresden University of Technology
5 LGL-TPE - Laboratoire de Géologie de Lyon - Terre, Planètes, Environnement
6 SLAC - SLAC National Accelerator Laboratory
7 JASRI - Japan Synchrotron Radiation Research Institute [Hyogo]
8 UiO - University of Oslo
9 ESRF - European Synchrotron Radiation Facility [Grenoble]
10 Osaka University [Osaka]
11 RIKEN RSC - RIKEN SPring-8 Center [Hyogo]
12 LULI - Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses
2 Universität Rostock
3 Shanghai Institute of laser plasma
4 TU Dresden - Technische Universität Dresden = Dresden University of Technology
5 LGL-TPE - Laboratoire de Géologie de Lyon - Terre, Planètes, Environnement
6 SLAC - SLAC National Accelerator Laboratory
7 JASRI - Japan Synchrotron Radiation Research Institute [Hyogo]
8 UiO - University of Oslo
9 ESRF - European Synchrotron Radiation Facility [Grenoble]
10 Osaka University [Osaka]
11 RIKEN RSC - RIKEN SPring-8 Center [Hyogo]
12 LULI - Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses
Zhiyu He
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1316471
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Julian Lütgert
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1316470
- ORCID : 0000-0002-2593-573X
Armin Bergermann
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1507207
- ORCID : 0000-0002-2849-1791
Mandy Bethkenhagen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1296836
- ORCID : 0000-0002-1838-2129
Deniza Chekrygina
- Fonction : Auteur
- PersonId : 815877
- ORCID : 0000-0002-7337-2337
Adrien Descamps
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1387473
- ORCID : 0000-0003-1708-6376
Eric Galtier
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1299106
- ORCID : 0000-0002-0396-285X
Arianna Gleason
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1299110
- ORCID : 0000-0002-7736-5118
Griffin Glenn
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1507208
- ORCID : 0000-0002-5308-7977
Siegfried Glenzer
- Fonction : Auteur
- PersonId : 804523
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Nicholas Hartley
- Fonction : Auteur
- PersonId : 807798
- ORCID : 0000-0002-6268-2436
Jean-Alexis Hernandez
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1296835
- ORCID : 0000-0002-1860-0982
Oliver Humphries
- Fonction : Auteur
- PersonId : 815878
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Nobuki Kamimura
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1507209
- ORCID : 0000-0002-1322-7859
Kento Katagiri
- Fonction : Auteur
- PersonId : 792429
- ORCID : 0000-0001-8913-1047
Dimitri Khaghani
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1507210
- ORCID : 0000-0002-5139-2310
Hae Ja Lee
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1299105
- ORCID : 0000-0002-4035-5637
Emma Mcbride
- Fonction : Auteur
- PersonId : 796830
- ORCID : 0000-0002-8821-6126
Kohei Miyanishi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 772099
- ORCID : 0000-0002-6477-3710
Benjamin Ofori-Okai
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1507211
- ORCID : 0000-0002-0737-6786
Silvia Pandolfi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1387492
- ORCID : 0000-0003-0855-9434
Anja Schuster
- Fonction : Auteur
- PersonId : 803679
- ORCID : 0000-0001-5489-5952
Keiichi Sueda
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1308910
- ORCID : 0000-0002-7343-1982
Tadashi Togashi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1225833
- ORCID : 0000-0001-7615-7213
Tommaso Vinci
- Fonction : Auteur
- PersonId : 759878
- ORCID : 0000-0002-1595-1752
Katja Voigt
- Fonction : Auteur
- PersonId : 815876
- ORCID : 0000-0001-8090-2626
Jan Vorberger
- Fonction : Auteur
- PersonId : 797641
- ORCID : 0000-0001-5926-9192
Makina Yabashi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 763945
- ORCID : 0000-0002-2472-1684
Toshinori Yabuuchi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 792430
- ORCID : 0000-0003-0638-7640
Alessandra Ravasio
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1507185
Dominik Kraus
- Fonction : Auteur
- PersonId : 768121
- ORCID : 0000-0002-6350-4180
Résumé
Extreme conditions inside ice giants such as Uranus and Neptune can result in peculiar chemistry and structural transitions, e.g., the precipitation of diamonds or superionic water, as so far experimentally observed only for pure C─H and H 2 O systems, respectively. Here, we investigate a stoichiometric mixture of C and H 2 O by shock-compressing polyethylene terephthalate (PET) plastics and performing in situ x-ray probing. We observe diamond formation at pressures between 72 ± 7 and 125 ± 13 GPa at temperatures ranging from ~3500 to ~6000 K. Combining x-ray diffraction and small-angle x-ray scattering, we access the kinetics of this exotic reaction. The observed demixing of C and H 2 O suggests that diamond precipitation inside the ice giants is enhanced by oxygen, which can lead to isolated water and thus the formation of superionic structures relevant to the planets’ magnetic fields. Moreover, our measurements indicate a way of producing nanodiamonds by simple laser-driven shock compression of cheap PET plastics.
Domaines
Physique [physics]Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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