Korkeapaine

Percy Williams Bridgman sai Nobel-palkinnon vuonna 1946 siitä, että hän edisti tätä fysiikan osa-aluetta useiden suuruusluokkien paineella (400 MPa – 40 000 MPa). Tämän alan perustajaisien luetteloon kuuluvat myös Harry George Drickamerin, Tracy Hallin, Francis P. Bundyn, Leonid F. Vereschaginin ja Sergei M. Stishovin nimet.

Korkeaa painetta sekä korkeaa lämpötilaa hiileen soveltaen valmistettiin ensimmäisen kerran keinotekoisia timantteja sekä monia muita mielenkiintoisia löytöjä. Lähes mikä tahansa materiaali tiivistyy korkeassa paineessa tiiviimpään muotoon, esimerkiksi kvartsi, jota kutsutaan myös piidioksidiksi tai piidioksidiksi, ottaa ensin tiheämmän muodon, joka tunnetaan nimellä kesiitti, ja vielä korkeamman paineen vaikutuksesta muodostuu stishoviittia. Nämä kaksi piidioksidin muotoa löysivät ensin korkeapainekokeiden tekijät, mutta sitten ne löydettiin luonnosta meteorin törmäyspaikalta.

Kemialliset sidokset todennäköisesti muuttuvat korkeassa paineessa, kun vapaan energian P*V-termi tulee verrattavaksi tyypillisten kemiallisten sidosten energioihin – eli noin 100 GPa:ssa. Silmiinpistävimpiä muutoksia ovat hapen metallisoituminen 96 GPa:ssa (jolloin hapesta tulee suprajohde) ja natriumin muuttuminen lähes vapaan elektronin metallista läpinäkyväksi eristeeksi ~200 GPa:ssa. Lopullisesti korkeassa paineessa kaikki materiaalit kuitenkin metallisoituvat.

Korkeapainekokeet ovat johtaneet sellaisten mineraalityyppien löytämiseen, joiden uskotaan esiintyvän syvällä maan vaipassa, kuten silikaattiperovskiitti, jonka uskotaan muodostavan puolet maan pääaineesta, ja post-perovskiitti, jota esiintyy ytimen ja vaipan rajalla ja joka selittää monia kyseiselle alueelle pääteltyjä anomalioita.

Paineiden ”maamerkit”: tyypilliset paineet, jotka saavutetaan suuritilavuuksisilla puristimilla, ovat jopa 30-40 GPa, paineet, jotka voidaan tuottaa timanttianvillikennojen sisällä, ovat ~1000 GPa, paine Maan keskipisteessä on 364 GPa, ja korkeimmat paineet, jotka on koskaan saavutettu shokkiaalloissa, ovat yli 100.000 GPa.