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Chemistry - a European journal 28(62), e202201998 (2022). doi:10.1002/chem.202201998, Non-metal nitrides are an exciting field of chemistry, featuring a significant number of compounds that can possess outstanding material properties. These properties mainly rely on maximizing the number of strong covalent bonds, with crosslinked XN$_6$ octahedra frameworks being particularly attractive. In this study, the phosphorus–nitrogen system was studied up to 137 GPa in laser-heated diamond anvil cells, and three previously unobserved phases were synthesized and characterized by single-crystal X-ray diffraction, Raman spectroscopy measurements and density functional theory calculations. $δ$-P$_3$N$_5$ and PN$_2$ were found to form at 72 and 134 GPa, respectively, and both feature dense 3D networks of the so far elusive PN$_6$ units. The two compounds are ultra-incompressible, having a bulk modulus of $K_0$=322 GPa for $δ$-P$_3$N$_5$ and 339 GPa for PN$_2$. Upon decompression below 7 GPa, $δ$-P$_3$N$_5$ undergoes a transformation into a novel $α′$-P$_3$N$_5$ solid, stable at ambient conditions, that has a unique structure type based on PN4 tetrahedra. The formation of $α′$-P$_3$N$_5$ underlines that a phase space otherwise inaccessible can be explored through materials formed under high pressure., Published by Wiley-VCH, Weinheim

Many early-accreted small bodies of the Solar System experienced metal-silicate differentiation. This process caused the metal and silicate to separate and may have led to the formation of a metallic core. This PhD focused on understanding the physical processes that drove this differentiation and their consequences on the materials found in the meteoritic record. In order to provide the most plausible models, a joint experimental and modeling approach was used. A three-phase experimental system was designed to be representative of natural samples undergoing differentiation and analyzed using computed 3D X-ray microtomography and electronic techniques. Metal-silicate differentiation mostly occurs though the percolation of an interconnected metallic network. However, significant extraction of the silicate melt is required to allow the formation of such a network. Differentiation remained partial in primitive achondrites due to late accretion and low silicate grain sizes that did not allow complete melting of the iron-rich phases or efficient melt extraction. Complete differentiation occurs for bodies accreted earlier that experienced a magma ocean stage. Models suggest that a significant fraction of the silicates does not melt (corresponding to the rheological threshold), preventing the metal particles from settling. At the end of the magma ocean phase, compaction and efficient extraction of the melts favors differentiation and the formation of achondrites (pallasites, stony and iron meteorites).; De nombreux petits corps du système solaire ont connu la différenciation métal-silicate. Ce processus a provoqué la séparation du métal et du silicate, et peut avoir entraîné la formation d'un noyau métallique. Cette thèse porte sur la compréhension des processus physiques à l'origine de cette différenciation et de leurs conséquences sur les matériaux trouvés dans l'enregistrement météoritique. Afin de proposer des modèles les plus pertinents possibles, une approche conjointe expérimentale et de modélisation a été menée. Un système expérimental à trois phases a été conçu pour être représentatif d'échantillons naturels en cours de différenciation, et analysé à l'aide de techniques électroniques et de microtomographie 3D par rayons X. La différenciation métal-silicate se produit principalement par percolation d'un réseau métallique interconnecté. Cependant, une extraction importante des liquides silicatés est nécessaire pour permettre la formation d'un tel réseau. La différenciation est restée partielle dans les achondrites primitives à cause d'une accrétion tardive et des faibles tailles de grain des silicates, ce qui n'a pas permis une fusion complète des phases riches en fer ou encore une extraction efficace des produits de fusion. Les corps accrétés plus tôt qui ont connu un stade d'océan de magma sont sujets à une différenciation totale. Les modèles suggèrent qu'une fraction significative des silicates ne fond pas (correspondant au seuil rhéologique), empêchant les particules métalliques de sédimenter. A la fin de la phase d'océan de magma, la compaction et l'extraction efficace des produits de fusion favorisent la différenciation et la formation des météorites de fer, des achondrites et des pallasites.

Many early-accreted small bodies of the Solar System experienced metal-silicate differentiation. This process caused the metal and silicate to separate and may have led to the formation of a metallic core. This PhD focused on understanding the physical processes that drove this differentiation and their consequences on the materials found in the meteoritic record. In order to provide the most plausible models, a joint experimental and modeling approach was used. A three-phase experimental system was designed to be representative of natural samples undergoing differentiation and analyzed using computed 3D X-ray microtomography and electronic techniques. Metal-silicate differentiation mostly occurs though the percolation of an interconnected metallic network. However, significant extraction of the silicate melt is required to allow the formation of such a network. Differentiation remained partial in primitive achondrites due to late accretion and low silicate grain sizes that did not allow complete melting of the iron-rich phases or efficient melt extraction. Complete differentiation occurs for bodies accreted earlier that experienced a magma ocean stage. Models suggest that a significant fraction of the silicates does not melt (corresponding to the rheological threshold), preventing the metal particles from settling. At the end of the magma ocean phase, compaction and efficient extraction of the melts favors differentiation and the formation of achondrites (pallasites, stony and iron meteorites).; De nombreux petits corps du système solaire ont connu la différenciation métal-silicate. Ce processus a provoqué la séparation du métal et du silicate, et peut avoir entraîné la formation d'un noyau métallique. Cette thèse porte sur la compréhension des processus physiques à l'origine de cette différenciation et de leurs conséquences sur les matériaux trouvés dans l'enregistrement météoritique. Afin de proposer des modèles les plus pertinents possibles, une approche conjointe expérimentale et de modélisation a été menée. Un système expérimental à trois phases a été conçu pour être représentatif d'échantillons naturels en cours de différenciation, et analysé à l'aide de techniques électroniques et de microtomographie 3D par rayons X. La différenciation métal-silicate se produit principalement par percolation d'un réseau métallique interconnecté. Cependant, une extraction importante des liquides silicatés est nécessaire pour permettre la formation d'un tel réseau. La différenciation est restée partielle dans les achondrites primitives à cause d'une accrétion tardive et des faibles tailles de grain des silicates, ce qui n'a pas permis une fusion complète des phases riches en fer ou encore une extraction efficace des produits de fusion. Les corps accrétés plus tôt qui ont connu un stade d'océan de magma sont sujets à une différenciation totale. Les modèles suggèrent qu'une fraction significative des silicates ne fond pas (correspondant au seuil rhéologique), empêchant les particules métalliques de sédimenter. A la fin de la phase d'océan de magma, la compaction et l'extraction efficace des produits de fusion favorisent la différenciation et la formation des météorites de fer, des achondrites et des pallasites.