Hoge druk

Percy Williams Bridgman kreeg in 1946 een Nobelprijs voor de vooruitgang op dit gebied van de fysica met verscheidene magnitudes van druk (400 MPa tot 40.000 MPa). De lijst van de grondleggers van dit gebied omvat ook de namen van Harry George Drickamer, Tracy Hall, Francis P. Bundy, Leonid F. Vereschagin, en Sergey M. Stishov.

Het was door het toepassen van hoge druk en hoge temperatuur op koolstof dat voor het eerst door de mens gemaakte diamanten werden geproduceerd, evenals vele andere interessante ontdekkingen. Bijna elk materiaal zal zich onder hoge druk verdichten tot een dichtere vorm, bijvoorbeeld kwarts, ook wel silica of siliciumdioxide genoemd, zal eerst een dichtere vorm aannemen die bekend staat als coesiet, en vervolgens bij toepassing van een nog hogere druk, stishoviet vormen. Deze twee vormen van silica werden voor het eerst ontdekt door hogedruk-experimenteerders, maar vervolgens in de natuur aangetroffen op de plaats van een meteoorinslag.

Chemische bindingen zullen waarschijnlijk veranderen onder hoge druk, wanneer de P*V term in de vrije energie vergelijkbaar wordt met de energieën van typische chemische bindingen – d.w.z. bij ongeveer 100 GPa. De meest opvallende veranderingen zijn de metallisatie van zuurstof bij 96 GPa (waardoor zuurstof een supergeleider wordt), en de overgang van natrium van een bijna-vrij-elektronen metaal naar een transparante isolator bij ~200 GPa.

Experimenten met hoge druk hebben geleid tot de ontdekking van de soorten mineralen waarvan wordt aangenomen dat ze in de diepe aardmantel voorkomen, zoals silicaat-perovskiet, waarvan wordt aangenomen dat het de helft van de bulk van de aarde uitmaakt, en post-perovskiet, dat voorkomt op de grens tussen kern en aardmantel en veel afwijkingen verklaart die voor dat gebied worden verondersteld.

Druk “mijlpalen”: typische drukken bereikt door grote-volume persen zijn tot 30-40 GPa, drukken die kunnen worden opgewekt in diamant aambeeld cellen zijn ~1000 GPa, druk in het centrum van de Aarde is 364 GPa, en de hoogste druk ooit bereikt in schokgolven zijn meer dan 100.000 GPa.