科學家探索衝擊壓縮鉭的高壓行為

美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的研究人員在羅切斯特大學激光能量實驗室（LLE）的Omega激光設施中探索了衝擊壓縮鉭的高壓行為。 這項工作顯示，鉭在高壓下沒有遵循預測的相變，而是保持體心立方（BCC）相，直到熔化。

這項工作的結果在《物理評論快報》的一篇論文中有所介紹，重點是研究人員如何在納秒時間尺度上研究鉭在多兆巴壓力下的熔化行為。

這篇論文的主要作者Rick Kraus説：“這項工作為材料在這種極端條件下如何熔化和反應提供了一個改進的物理直覺。這些技術和改進的知識庫現在正被應用於理解巖質行星的鐵核如何凝固，同時也被應用於更多與程序相關的材料。”

Kraus表示，這項研究解決了關於鉭的高壓和高温相圖的長期爭議，表明BCC是高壓下的穩定相，而且熔融曲線比以前的許多測量結果更陡峭。

除了鉭的相圖本身的科學重要性之外，這項工作是開發動態壓縮平台以準確約束熔化和凝固過渡的更廣泛努力的一部分。這些努力有助於確保研究人員在預測動態事件的結果時正確地模擬這些過渡。

這項工作代表了在極端條件下對材料進行原位表徵的新前沿。在以前的實驗中，衝擊壓縮下的熔化是通過沖擊速度或光學特性的不連續變化來間接推斷的。該研究的共同作者Federica Coppari補充説：“能夠‘觀察’結構從固體到液體的轉變是非常令人興奮的。”

隨着研究人員在如此極端的條件下和短時標的實驗中對熔體的明確測定，該團隊幫助約束了熔體的時間依賴性行為，並發現像這樣的動態實驗正在觀察平衡相位的邊界。

實驗使用Omega激光器的單一光束在鉭樣品中產生強烈的衝擊波。該小組通過使用另外12束激光創建了一個基於等離子體的X射線源，用於X射線散射測量。在每個連續的實驗中，該團隊增加了樣品中衝擊波的強度，使用稱為粉末X射線衍射成像板（PXRDIP）的X射線衍射診斷儀評估鉭的狀態。

“我們觀察到了從固體BCC，到BCC和液態鉭的混合相，再到完全的液態鉭的轉變，” Kraus説。“利用我們從這些實驗中獲得的過渡壓力，以及以前關於鉭的狀態方程信息，我們也能夠約束鉭的熔化温度。”

科學家對鉭在高壓下的行為進行大量研究，並獲得不一致的熔解曲線測量值。 Kraus表示：“因此，對我們來説，重要的是能夠解決高度研究材料中的爭議，以便我們能夠確保我們使用的是被研究界接受的正確技術。”