Hochdruck

Percy Williams Bridgman erhielt 1946 den Nobelpreis, weil er diesen Bereich der Physik um mehrere Größenordnungen des Drucks (400 MPa bis 40.000 MPa) weiterentwickelt hat. Die Liste der Gründerväter dieses Gebiets umfasst auch die Namen von Harry George Drickamer, Tracy Hall, Francis P. Bundy, Leonid F. Vereschagin und Sergey M. Stishov.

Durch die Anwendung von hohem Druck und hoher Temperatur auf Kohlenstoff wurden erstmals künstliche Diamanten und viele andere interessante Entdeckungen gemacht. Fast jedes Material verdichtet sich, wenn es hohem Druck ausgesetzt wird, in eine dichtere Form, zum Beispiel nimmt Quarz, auch Siliziumdioxid genannt, zunächst eine dichtere Form an, die als Coesit bekannt ist, und bildet dann, wenn noch höherer Druck angewendet wird, Stishovit. Diese beiden Formen von Siliziumdioxid wurden zuerst von Hochdruckexperimentatoren entdeckt, dann aber in der Natur an der Stelle eines Meteoriteneinschlags gefunden.

Chemische Bindungen verändern sich wahrscheinlich unter hohem Druck, wenn der P*V-Term in der freien Energie mit den Energien typischer chemischer Bindungen vergleichbar wird – d.h. bei etwa 100 GPa. Zu den auffälligsten Veränderungen gehören die Metallisierung von Sauerstoff bei 96 GPa (wodurch Sauerstoff zu einem Supraleiter wird) und der Übergang von Natrium von einem Metall mit nahezu freien Elektronen zu einem transparenten Isolator bei ~200 GPa.

Hochdruckexperimente haben zur Entdeckung von Mineralien geführt, von denen man annimmt, dass sie im tiefen Erdmantel vorkommen, z. B. Silikat-Perowskit, von dem man annimmt, dass es die Hälfte des Erdmantels ausmacht, und Post-Perowskit, das an der Kern-Mantel-Grenze vorkommt und viele Anomalien erklärt, die für diese Region angenommen werden.

Druck-„Orientierungspunkte“: Typische Drücke, die von großvolumigen Pressen erreicht werden, liegen bei 30-40 GPa, Drücke, die in Diamant-Ambosszellen erzeugt werden können, bei ~1000 GPa, der Druck im Zentrum der Erde beträgt 364 GPa, und die höchsten Drücke, die jemals in Schockwellen erreicht wurden, liegen bei über 100.000 GPa.