Terapascal static pressure generation is enabled in laboratory due to implementation of nanocrystralline diamond microballs.

Abstract Although chemically very simple, Fe 2 O 3 is known to undergo a series of enigmatic structural, electronic and magnetic transformations at high pressures and high temperatures. So far, these transformations have neither been correctly described nor understood because of the lack of structural data. Here we report a systematic investigation of the behaviour of Fe 2 O 3 at pressures over 100 GPa and temperatures above 2,500 K employing single crystal X-ray diffraction and synchrotron Mössbauer source spectroscopy. Crystal chemical analysis of structures presented here and known Fe(II, III) oxides shows their fundamental relationships and that they can be described by the homologous series n FeO· m Fe 2 O 3 . Decomposition of Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 observed at pressures above 60 GPa and temperatures of 2,000 K leads to crystallization of unusual Fe 5 O 7 and Fe 25 O 32 phases with release of oxygen. Our findings suggest that mixed-valence iron oxides may play a significant role in oxygen cycling between earth reservoirs.

Exploring the chemistry of materials at high pressure leads to discoveries of previously unknown compounds and phenomena. Here chemical reactions between elemental dysprosium and carbon were studied in laser-heated diamond anvil cells at pressures up to 95 GPa and temperatures of ∼2800 K. In situ single-crystal synchrotron X-ray diffraction (SCXRD) analysis of the reaction products revealed the formation of novel dysprosium carbides, γ-DyC2, Dy5C9, and γ-Dy4C5, along with previously reported Dy3C2 and Dy4C3. The crystal structures of γ-DyC2 and Dy5C9 feature infinite flat carbon polyacene-like ribbons and cis-polyacetylene-type chains, respectively. In the structure of γ-Dy4C5, carbon atoms form dimers and non-linear trimers. Dy3C2 contains ethanide-type carbon dumbbells, and Dy4C3 is methanide featuring single carbon atoms. Density functional theory calculations reproduce well the crystal structures of high-pressure dysprosium carbides and reveal conjugated π-electron systems in novel infinite carbon polyanions. This work demonstrates that complex carbon homoatomic species previously unknown in organic chemistry can be synthesised at high pressures by direct reactions of carbon with metals.

Abstract The anhydrous pyrocarbonate and the first hydrogen pyrocarbonate Li[HC 2 O 5 ] have been synthesized in a laser‐heated diamond anvil cell at moderate pressures ( GPa). The structures of the two compounds have been obtained from single crystal X‐ray diffraction data. Raman spectroscopy and DFT calculations have been employed to further characterize their structure‐property relations. The present results significantly enlarge the group of inorganic pyrocarbonates by the discovery of the hydrogenated pyrocarbonate anion Li[HC 2 O 5 ] − . In the structure of Li[HC 2 O 5 ] there is a symmetric O−H−O arrangement at high pressures, which converts to a conventional O−H O hydrogen bond upon pressure release.

Abstract The anhydrous pyrocarbonate and the first hydrogen pyrocarbonate Li[HC 2 O 5 ] have been synthesized in a laser‐heated diamond anvil cell at moderate pressures ( GPa). The structures of the two compounds have been obtained from single crystal X‐ray diffraction data. Raman spectroscopy and DFT calculations have been employed to further characterize their structure‐property relations. The present results significantly enlarge the group of inorganic pyrocarbonates by the discovery of the hydrogenated pyrocarbonate anion Li[HC 2 O 5 ] − . In the structure of Li[HC 2 O 5 ] there is a symmetric O−H−O arrangement at high pressures, which converts to a conventional O−H O hydrogen bond upon pressure release.

Polytypism of incommensurately modulated structures was hitherto unobserved. Here, it was found in solid bromine and iodine upon molecular dissociation under pressure up to 112 GPa. Single-crystal synchrotron x-ray diffraction in laser-heated diamond anvil cells revealed a number of allotropes of bromine and iodine, including polytypes of Br-IIIγ (Fmmm(00γ)s00) with γ varying within 0.18 to 0.3, coexisting at a given pressure. This finding opens a research area in the field of solid-solid phase transitions, disordered states of solid matter, and high-pressure structural studies. Published by the American Physical Society 2024

Reacting praseodymium(IV) oxide with oxygen at 27 GPa in a diamond anvil cell yielded the oxide peroxide Pr2IV(O2)O3, which was characterized by single crystal X‐ray diffraction on multi‐grain samples, Raman spectroscopy and quantum theoretical calculations at various pressure points. The presence of tetravalent praseodymium ions is supported by electronic structure calculations, showing a band gap of ca. 1.5 eV, which is consistent with the anticipated chemical model of an ionic solid. Pr2(O2)O3 thus far represents the most oxygen rich phase of any binary compound of a lanthanoid and oxygen and is the first example of a peroxide anion next to Pr4+. Additionally, these results demonstrate that instead of oxidizing the praseodymium ions past their +IV oxidation state, oxygen undergoes a comproportionation to form peroxide anions. Direct oxidation of the oxide anions by Pr4+‑ions was ruled out by a control experiment in argon instead of oxygen, where no oxidation of oxide ions was observed.

The research for wurtzite‐type ternary nitride semiconductors containing earth abundant elements with a stoichiometry of 1:1:2 was focused on metals like Mg or Zn, so far. The vast majority of these Grimm‐Sommerfeld analogous compounds crystallize in the β‐NaFeO2 structure, although a second arrangement in space group Pmc21 is predicted to be a viable alternative. Despite extensive theoretical and experimental studies, this structure has so far remained undiscovered. Herein, we report on BeGeN2 in a Pmc21 structure, synthesized from Be3N2 and Ge3N4 using a high‐pressure high‐temperature approach at 6 GPa and 800 °C. The compound was characterized by powder X‐ray diffraction (PXRD), solid state nuclear magnetic resonance (NMR), Raman and energy dispersive X‐ray (EDX) spectroscopy, temperature‐dependent PXRD, second harmonic generation (SHG) and UV/VIS measurements and in addition also compared to its lighter homologue BeSiN2 in all mentioned analytic techniques. The synthesis and investigation of both the first beryllium germanium nitride and the first ternary wurtzite‐type nitride crystallizing in space group Pmc21 open the door to a new field of research on wurtzite‐type related structures.