Lab in einem DAC – Hochdruckkristallchemie in einer Diamantstempelzelle

Die Diamantstempelzelle (DAC) wurde vor 60 Jahren erfunden und leitete eine neue Ära in den Materialwissenschaften ein, indem sie die Forschung in den Druckdimensionen ausweitet. Die meisten strukturellen Bestimmungen und chemischen Forschungen wurden bei Umgebungsdruck durchgeführt, d.h. dem atmosphärischen Druck auf der Erde. Moderne experimentelle Techniken sind jedoch in der Lage, Druck und Temperatur zu erzeugen, die höher sind als die im Erdinneren. Solche extremen Bedingungen können zur Gewinnung beispielloser chemischer Verbindungen genutzt werden, aber noch wichtiger ist, dass alle grundlegenden Phänomene aus einer breiteren Perspektive betrachtet und verstanden werden können. Dieses Wissen ist wiederum notwendig, um neue Generationen von Materialien und Anwendungen zu entwerfen, beispielsweise in der Pharmaindustrie oder um superharte Materialien zu gewinnen. Die Hochdruckkammern in der DAC werden bereits für eine beträchtliche Vielfalt von Experimenten eingesetzt, wie chemische Reaktionen, Kristallisationen, Messungen elektrischer, dielektrischer und magnetischer Eigenschaften, Transformationen biologischer Materialien sowie Experimente an lebendem Gewebe. Zweifellos werden weitere Anwendungen mit erhöhtem Druck folgen. Hochdruckmethoden werden zunehmend attraktiv, da sie das Probenvolumen reduzieren und die intermolekularen Kontakte auf Werte komprimieren können, die mit anderen Methoden unerreichbar sind, oft vielfach stärker als bei tiefen Temperaturen. Die komprimierten Materialien offenbaren neue Informationen über intermolekulare Wechselwirkungen, und neue Phasen von ein- und mehrkomponentigen Verbindungen können gewonnen werden. Gleichzeitig wurden Hochdrucktechniken, insbesondere die der Röntgendiffraktion unter Verwendung der DAC, erheblich verbessert und viele innovative Entwicklungen umgesetzt. Immer mehr Ausstattungen in hausinternen Laboren sowie die Instrumentierung von Strahlengängen an Synchrotronen und thermischen Neutronenquellen sind der Hochdruckforschung gewidmet.