@article{KutzschbachWunderKrstulovicetal.2016,
  author    = {Kutzschbach, Martin and Wunder, Bernd and Krstulovic, Marija and Ertl, Andreas and Trumbull, Robert B. and Rocholl, Alexander and Giester, Gerald},
  title     = {First high-pressure synthesis of rossmanitic tourmaline and evidence for the incorporation of Li at the X site},
  series = {Physics and chemistry of minerals / in cooperation with the International Mineralogical Association (IMA)},
  volume    = {44},
  journal   = {Physics and chemistry of minerals / in cooperation with the International Mineralogical Association (IMA)},
  publisher = {Springer},
  address   = {New York},
  issn      = {0342-1791},
  doi       = {10.1007/s00269-016-0863-0},
  pages     = {353 -- 363},
  year      = {2016},
  abstract  = {Lithium is an important component of some tourmalines, especially in chemically evolved granites and pegmatites. All attempts at synthesizing Li-rich tourmaline have so far been unsuccessful. Here we describe the first synthesis of rossmanitic tourmaline at 4 GPa and 700 degrees C in the system Li2OAl2O3SiO2B2O3H2O (LASBH) from seed-free solid starting materials consisting of a homogenous mixture of Li2O, gamma-Al2O3, quartz and H3BO3. The solid run products after 12-day run duration comprise rossmanitic tourmaline (68 wt\%), dumortierite (28 wt\%) and traces of spodumene (3 wt\%) and coesite (1 wt\%). Tourmaline forms idiomorphic, large prismatic crystals (30 X 100 mu m), which are inclusion free and chemically unzoned. The refined cell dimensions of the tourmaline are: a = 15.7396(9) angstrom, c = 7.0575(5) angstrom, V = 1514.1(2) angstrom 3. Conventionally, the Li+ ion is assumed to exclusively occupy the octahedral Y site in the tourmaline structure to a maximum of 2 Li per formula unit (pfu). However, the chemical composition of our synthetic tourmaline determined by electron microprobe and secondary ion mass spectroscopy results in the formula: (X)(square Li-0.67(11)(0.33(11)))(Y)(Al2.53(10)Li0.47(10))(Z)(Al-6)T(Si5.42(15)B0.58(15))O-18(B)(BO3)(3)(V+W)[(OH)(2.40(3))O-1.60(3)], wherein a significant amount of Li occupies the X site for charge balance requirements. Reliable assignment of the OH-stretching vibrations in a polarized single-crystal Raman spectrum such as a single-crystal XRD structure refinement, confirms the incorporation of Li at the X site [0.24(9) and 0.15(5) Li-X pfu, respectively]. The SREF data show that the LiO1 distances are shortened significantly in order to compensate for the smaller ionic radius of Li+ compared to Na+, K+ or Ca2+ at the X site, i.e., Li is closer to the Si6O18 ring and to a sevenfold coordination with oxygen.},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Krstulovic2021,
  author    = {Krstulovic, Marija},
  title     = {Local structure of network formers and network modifiers in silicate melts at high pressure and temperature conditions},
  doi       = {10.25932/publishup-51641},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus4-516415},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  pages     = {137},
  year      = {2021},
  abstract  = {Silikatische Schmelzen sind wichtiger Bestandteil des Erdinneren und als solche leisten sie in magmatischen Prozessen einen wesentlichen Beitrag in der Dynamik der festen Erde und der chemischen Entwicklung des gesamten Erdk{\"o}pers. Makroskopische physikalische und chemische Eigenschaften wie Dichte, Kompressibilit{\"a}t, Viskosit{\"a}t, Polymerisationsgrad etc. sind durch die atomare Struktur der Schmelzen bestimmt. In Abh{\"a}ngigkeit vom Druck, aber auch von der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung zeigen silikatische Schmelzen unterschiedliche strukturelle Eigenschaften. Diese Eigenschaften sind am besten durch die lokale Koordinationsumgebung, d.h. Symmetrie und Anzahl der Nachbarn (Koordinationszahl) eines Atoms, sowie dem Abstand zwischen Zentralatom und Nachbarn (atomarer Abstand) beschrieben. Mit steigendem Druck und Temperatur, das heißt mit der zunehmenden Tiefe in der Erde, nimmt die Dichte der Schmelzen zu, welches zur Ver{\"a}nderung von Koordinationszahl und Abst{\"a}nden f{\"u}hren kann. Bei gleichbleibender Koordinationszahl nimmt der Abstand in der Regel zu. Kommt es zu Erh{\"o}hung der Koordinationszahl kann der Abstand zunehmen. Diese allgemeinen Trends k{\"o}nnen allerdings stark variieren, welches insbesondere auf die chemische Zusammensetzung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren ist. Dadurch, dass nat{\"u}rliche Schmelzen der tiefen Erde f{\"u}r direkte Untersuchungen nicht zug{\"a}nglich sind, um ihre Eigenschaften unter den relevanten Bedingungen zu verstehen, wurden umfangreiche experimentelle und theoretische Untersuchungen bisher durchgef{\"u}hrt. Dies wurde h{\"a}ufig am Beispiel von amorphen Proben der Endglieder SiO2, und GeO2 studiert, wobei letzteres als strukturelles und chemisches Analogmodell zu SiO2 dient. Meistens wurden die Experimente bei hohem Druck und bei Raumtemperatur durchgef{\"u}hrt. Nat{\"u}rliche Schmelzen sind chemisch deutlich komplexer als die einfachen Endglieder SiO2 und GeO2, so dass die Beobachtungen an diesen m{\"o}glicherweise zu falschen Verdichtungsmodellen f{\"u}hren k{\"o}nnen. Weiterhin k{\"o}nnen die Untersuchungen an Gl{\"a}sern bei Raumtemperatur potentiell starke Abweichungen zu Eigenschaften von Schmelzen bei nat{\"u}rlichen thermodynamischen Bedingungen aufweisen. Das Ziel dieser Dissertation war es zu erl{\"a}utern, welchen Einfluss die Zusammensetzung und die Temperatur auf die strukturelle Eigenschaften der Schmelzen unter hohen Dr{\"u}cken haben. Um das zu verstehen, haben wir komplexe alumino-germanatische und alumino-silikatische Gl{\"a}ser studiert. Genauer gesagt, wir haben synthetische Gl{\"a}ser studiert, die eine Zusammensetzung wie das Mineral Albit und wie eine Mischung von Albit-Diopsid im eutektischen Punkt haben. Das Albitglas {\"a}hnelt strukturell einer vereinfachten granitischen Schmelze, w{\"a}hrend das Albit-Diopsid-Glas eine vereinfachte basaltische Schmelze simuliert. Um die lokale Koordinationsumgebung der Elemente zu studieren, haben wir die R{\"o}ntgenabsorptionsspektroskopie in Kombination mit einer Diamantstempelzelle benutzt. Dadurch, dass die Diamanten eine hohe Absorption f{\"u}r R{\"o}ntgenstrahlung mit Energien unterhalb von 10 keV aufweisen, ist die unmittelbare Untersuchung der geologisch sehr relevanten Elemente wie Si, Al, Ca, Mg etc. mit dieser Spektroskopie in Kombination mit einer Diamantstempelzelle nicht m{\"o}glich. Deswegen wurden die Gl{\"a}ser mit Ge und Sr dotiert. Diese Elemente dienen teilweise oder vollst{\"a}ndig als Ersatzelemente f{\"u}r wichtige Hauptelemente. In diesem Sinne, dient Ge als Ersatzelement f{\"u}r Si und andere Netzwerkbildner, w{\"a}hrend Sr Netzwerkwandler wie Z.B. Ca, Na, Mg etc., sowie andere Kationen mit großem Ionenradius ersetzt. Im ersten Schritt haben wir die Ge K-Kante im Ge-Albit-Glass, NaAlGe3O8, bei Raumtemperatur bis 131 GPa untersucht. Dieses Glas hat eine h{\"o}here chemische Komplexit{\"a}t als SiO2 und GeO2, aber es ist immer noch vollst{\"a}ndig polymerisiert. Die Unterschiede im Verdichtungsmechanismus zwischen diesem Glas und den einfachen Oxiden k{\"o}nnen so eindeutig auf h{\"o}here chemische Komplexit{\"a}t zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden. Die partiell mit Ge und Sr dotierten Albit und Albit-Diopsid-Zusammensetzungen wurden bei Raumtemperatur f{\"u}r Ge bis 164 GPa und f{\"u}r Sr bis 42 GPa untersucht. W{\"a}hrend das Albitglass wie NaAlGe3O8 nominelll vollst{\"a}ndig polymerisiert ist, ist das Albit-Diopsid Glas teilweise depolymerisiert. Die Ergebnisse zeigen, dass in allen drei Gl{\"a}sern strukturelle An̈derungen in den ersten 25 bis maximal 30 GPa stattfinden, wobei beide Ge und Sr die maximale Koordinationszahl 6 bzw. ∼9 erreichen. Bei h{\"o}heren Dr{\"u}cken findet in den Gl{\"a}sern nur eine isostrukturelle Schrumpfung der Koordinationspolyeder statt. Der wichtigste Befund der Hochdruckstudien an den alumino-silikatischen und alumino-germanatischen Gl{\"a}sern ist, dass in diesen komplexen Gl{\"a}sern die Polyeder eine viel h{\"o}here Kompressibilit{\"a}t aufweisen als bei den Endgliedern zu beobachten. Das zeigt sich insbesondere durch die starke Verk{\"u}rzung der Ge-O Abst{\"a}nde in dem amorphen NaAlGe3O8 und Albit-Diopsid-Glas bei Dr{\"u}cken {\"u}ber 30 GPa. Zus{\"a}tzlich zu den Effekten der Zusammensetzung auf den Verdichtungsprozess, haben wir den Einfluss der Temperatur auf die strukturelle {\"A}nderungen untersucht. Dazu haben wir das Albit-Diopsid-Glas untersucht, da es den Schmelzen im unteren Mantel chemisch am {\"a}hnlichsten ist. Wir haben die Ge K-Kante der Probe mit einer resistiv-geheizten und einer Laser-geheizter Diamantstempelzelle untersucht, f{\"u}r einen Druckbereich bis zu 48 GPa, sowie einen Temperaturbereich bis 5000 K. Hohe Temperaturen, bei denen die Probe fl{\"u}ssig ist und die f{\"u}r den Erdmantel relevant sind, haben einen bedeutenden Einfluss auf die strukturelle Transformation. Diese wird um ca. 30\% zu deutlich niedrigeren Dr{\"u}cken verschoben, im Vergleich zu den Gl{\"a}sern bei Raumtemperatur und unterhalb von 1000 K. Die Ergebnisse dieser Dissertation stellen einen wichtigen Beitrag fur das Verst{\"a}ndnis der Eigenschaften von Schmelzen unter Bedingungen des unteren Mantels dar. Im Kontext der Diskussion {\"u}ber die Existenz und den Ursprung von silikatischen Schmelzen mit ultrahoher Dichte, welche an der Grenze zwischen Mantel und Erdkern aufgrund seismologischer Daten vermutet werden, zeigen diese Untersuchugen, dass die im Vergleich zur Umgebung h{\"o}here Dichte nicht durch strukturelle Besonderheiten, sondern durch eine besondere chemische Zusammensetzung erkl{\"a}rt werden m{\"u}ssen. Außerdem legen die Ergebnisse nahe, dass f{\"u}r Schmelzen im unteren Erdmantel nur sehr geringe L{\"o}slichkeiten von Edelgasen zu erwarten sind, so dass die strukturellen Eigenschaften deutlich den Gesamthaushalt und Transport der Edelgase im Erdmantel beeinflussen.},
  language  = {en}
}
@article{KrstulovićRosaBiedermannetal.2021,
  author    = {Krstulović, Marija and Rosa, Angelika D. and Biedermann, Nicole and Irifune, Tetsuo and Wilke, Max},
  title     = {Structural changes in aluminosilicate glasses up to 164 GPa and the role of alkali, alkaline earth cations and alumina in the densification mechanism},
  series = {Chemical geology : official journal of the European Association for Geochemistry},
  volume    = {560},
  journal   = {Chemical geology : official journal of the European Association for Geochemistry},
  publisher = {Elsevier},
  address   = {Amsterdam},
  issn      = {0009-2541},
  doi       = {10.1016/j.chemgeo.2020.119980},
  pages     = {14},
  year      = {2021},
  abstract  = {Pressure induced structural changes in silicate melts have a great impact on their physico-chemical properties and hence on their behaviour in the deep Earth's interior. In order to gain a deeper understanding we have studied the densification mechanism in multicomponent aluminosilicate glasses (albitic and albit-diopside composition) by means of extended X-ray absorption fine structure spectroscopy coupled to a diamond anvil cell up to 164 GPa. We have monitored the structural modifications from the network-former Ge as well as the network-modifier Sr. Notably, we tracked the evolution of Ge-O and Sr-O bond lengths (RGe-O, RSr-O) and their coordination number with pressure. We show that RGe-O increases strongly up to about 32 GPa, whereas RSr-O increases only slightly up to similar to 26 GPa. We assign these extensions to the increase of the coordination number from 4 to 6 (Ge) and from similar to 6 to at least 9 (Sr). Upon further compression RGe-O and RSr-O exhibit a continuous decrease to the highest probed pressure. These bond contractions, notably of RGe-O, that are continuous and exceed the one observed in pure SiO2 and GeO2, reflect a higher structural flexibility of multi-component glasses compared to those simple systems. Particularly, the high fraction of non-bridging oxygen atoms due to the presence of Na, Sr, Ca, Mg in the studied glasses, favours the simple compression of the highly-coordinated polyhedra of Si and Ge at pressure greater than 30 GPa. This is in strong contrast to pure oxides where cation polyhedral distortions govern the densification mechanism of the glass. The results of this study demonstrate that low field-strength alkali and alkaline earth cations, ubiquitous in deep Earth's melts, have a profound influence on the densification mechanism of glasses. Our results provide important constrains for interpreting the observed low velocity anomalies at the Earth's core-mantle boundary that have been, beyond others, referred to the presence of high-density melts. The hypothesis that non-buoyant melts at the Earth's core-mantle boundary can be formed by peculiar structural transformations in melts leading to higher coordination numbers compared to their crystalline equivalents is not supported from the present observations. The present results rather suggest that if velocity anomalies are to be explained by melts, these likely have considerable differences in chemical composition to the surrounding crystalline phase assemblage.},
  language  = {en}
}
@article{RosaDewaeleGarbarinoetal.2022,
  author    = {Rosa, Angelika D. and Dewaele, Agn{\`e}s and Garbarino, Gaston and Svitlyk, Volodymyr and Morard, Guillaume and De Angelis, Filippo and Krstulovic, Marija and Briggs, Richard and Irifune, Tetsuo and Mathon, Olivier and Bouhifd, Mohamed Ali},
  title     = {Martensitic fcc-hcp transformation pathway in solid krypton and xenon and its effect on their equations of state},
  series = {Physical review / publ. by The American Institute of Physics. B},
  volume    = {105},
  journal   = {Physical review / publ. by The American Institute of Physics. B},
  number    = {14},
  publisher = {American Physical Society},
  address   = {College Park},
  issn      = {2469-9950},
  doi       = {10.1103/PhysRevB.105.144103},
  pages     = {14},
  year      = {2022},
  abstract  = {The martensitic transformation is a fundamental physical phenomenon at the origin of important industrial applications. However, the underlying microscopic mechanism, which is of critical importance to explain the outstanding mechanical properties of martensitic materials, is still not fully understood. This is because for most martensitic materials the transformation is a fast process that makes in situ studies extremely challenging. Noble solids krypton and xenon undergo a progressive pressure-induced face-centered cubic (fcc) to hexagonal close-packed (hcp) martensitic transition with a very wide coexistence domain. Here, we took advantage of this unique feature to study the detailed transformation progress at the atomic level by employing in situ x-ray diffraction and absorption spectroscopy. We evidenced a four-stage pathway and suggest that the lattice mismatch between the fcc and hcp forms plays a key role in the generation of strain. We also determined precisely the effect of the transformation on the compression behavior of these materials.},
  language  = {en}
}
@article{KrstulovićRosaFerreiraSanchezetal.2022,
  author    = {Krstulović, Marija and Rosa, Angelika D. and Ferreira Sanchez, Dario and Libon, L{\´e}lia and Albers, Christian and Merkulova, Margarita and Grolimund, Daniel and Irifune, Tetsuo and Wilke, Max},
  title     = {Effect of temperature on the densification of silicate melts to lower earth's mantle conditions},
  series = {Physics of the earth and planetary interiors},
  volume    = {323},
  journal   = {Physics of the earth and planetary interiors},
  publisher = {Elsevier},
  address   = {Amsterdam},
  issn      = {0031-9201},
  doi       = {10.1016/j.pepi.2021.106823},
  pages     = {13},
  year      = {2022},
  abstract  = {Physical properties of silicate melts play a key role for global planetary dynamics, controlling for example volcanic eruption styles, mantle convection and elemental cycling in the deep Earth. They are significantly modified by structural changes at the atomic scale due to external parameters such as pressure and temperature or due to chemistry. Structural rearrangements such as 4- to 6-fold coordination change of Si with increasing depth may profoundly influence melt properties, but have so far mostly been studied at ambient temperature due to experimental difficulties. In order to investigate the structural properties of silicate melts and their densification mechanisms at conditions relevant to the deep Earth's interior, we studied haplo basaltic glasses and melts (albite-diopside composition) at high pressure and temperature conditions in resistively and laser-heated diamond anvil cells using X-ray absorption near edge structure spectroscopy. Samples were doped with 10 wt\% of Ge, which is accessible with this experimental technique and which commonly serves as a structural analogue for the network forming cation Si. We acquired spectra on the Ge K edge up to 48 GPa and 5000 K and derived the average Ge-O coordination number NGe-O, and bond distance RGe-O as functions of pressure. Our results demonstrate a continuous transformation from tetrahedral to octahedral coordination between ca. 5 and 30 GPa at ambient temperature. Above 1600 K the data reveal a reduction of the pressure needed to complete conversion to octahedral coordination by ca. 30 \%. The results allow us to determine the influence of temperature on the Si coordination number changes in natural melts in the Earth's interior. We propose that the complete transition to octahedral coordination in basaltic melts is reached at about 40 GPa, corresponding to a depth of ca. 1200 km in the uppermost lower mantle. At the core-mantle boundary (2900 km, 130 GPa, 3000 K) the existence of non-buoyant melts has been proposed to explain observed low seismic wave velocity features. Our results highlight that the melt composition can affect the melt density at such extreme conditions and may strongly influence the structural response.},
  language  = {en}
}