Міжнародна група вчених, до складу якої увійшли науковці з Байройтського університету (University of Bayreuth) і німецької дослідницької організації Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), створила статичний тиск, що має найвище значення з коли-небудь створених в лабораторних умовах. Використовуючи спеціальну установку, вчені досліджували поведінку і властивості металевого осмію при тиску 770 гігапаскалів, що в два рази перевищує тиск у центрі ядра Землі і що на 130 гігапаскалів вище попереднього світового рекорду, встановленого в минулому цієї науковою групою. В ході експериментів вчені з’ясували дивовижний факт, який полягає в тому, що кристалічна структура осмію, на відміну від багатьох інших матеріалів, не змінюється навіть при самому високому тиску, але електрони при цьому зближуються на настільки малу дистанцію, що вони починають взаємодіяти один з одним.Результати цих досліджень мають важливе значення для розуміння фізичних і хімічних властивостей сильно стиснутій матерії. Це, в свою чергу, проллє світло на тонкощі деяких процесів, що відбуваються в надрах матеріалів величезних і важких конструкцій, де також в деяких точках можуть виникати тиску подібного порядку. Крім цього, дослідження стиснутих матеріалів дозволять розробити наукові установки, в надрах яких будуть відтворюватися надзвичайні умови, присутні в надрах гігантських планет і зірок.Металевий осмій (Os) є одним із унікальних хімічних елементів, самим щільним матеріалом, в якому укладено найбільшу кількість пов’язаної внутрішньої енергії, які мають високу температуру плавлення і дуже високу ступінь міцності, твердість, яка приблизно відповідає ступеню міцності алмазу. З-за його високої твердості осмій використовується в безлічі сплавів, застосовуваних для виготовлення електричних контактів, зносостійких деталей механізмів і багато чого іншого.»Високий тиск, як відомо, радикально впливає на властивості різних хімічних елементів, такі метали, як натрій, під високим тиском стають прозорими і набувають властивості діелектриків. Гази, такі, як кисень, під тиском стають електричними провідниками і навіть надпровідниками» — розповідає Наталія Дубровинская (Natalia Dubrovinskaia), вчений з Байройтського університету, — «Тому ми очікували, що осмій, як і багато інші матеріали, змінить свою кристалічну структуру під високим тиском».
Для створення надвисокого статичного тиску вчені використовували спеціальну установку, основними елементами якої є «мікронаковальні» з нанокристалічного алмазу, розмір яких становить 10-20 мікрометрів. Матеріал ковадла складається із спресованих «зерен» нанорозмірних кристалів алмазу. Наявність багатогранних кристаликів у цьому матеріалі матеріалу дозволяє більш рівномірно перерозподіляти прикладається тиск і витримувати надвисокі тиску на рівні від 400 до 770 ГПа при кімнатній температурі.Для досліджень змін структури осмію під високим тиском вчені використовували джерела рентгенівського випромінювання високої інтенсивності PETRA III в DESY, ESRF у Франції і APS у США. Комбінація всіх зібраних даних і дозволила вченим з’ясувати, що осмій демонструє надзвичайно високу структурну стабільність і не змінює структуру своєї кристалічної решітки навіть при величезному тиску в 770 ГПа.Під впливом високого тиску об’єм елементарної комірки кристалічної структури осмію зменшується, а рентгенівська дифракційна зйомка дозволила побачити деякі аномалії, які виникають у ході цього процесу. Зазвичай зміни властивостей матеріалів під тиском пов’язані зі змінами конфігурації зовнішніх (валентних) електронів атомів. Але у випадку осмію джерелами аномалій стали взаємодії між внутрішніми (основними) електронами атомів, що підтверджує деякі з існуючих теорій. «Наша робота показує, що надвисока статичний тиск може спонукати до взаємодії не тільки зовнішні, але і внутрішні електрони атомів» — пояснює Леонід Дубровинський, — «Та найцікавішим є те, що такий ефект виникає тільки у таких твердих нестискуваних металах, як осмій. Це відкриває нам захоплюючі можливості для пошуку і досліджень нових станів матерії, на базі яких можна буде розробити цілу масу нових унікальних технологій».