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飞秒衍射研究冲击压缩下铋的固液相变

DOI：10.1038/s41598-018-35260-3 期刊：Scientific Reports 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 铋长期以来一直是研究高压下相变和熔融的典型体系。然而，尽管经过数十年的实验研究，铋对快速（冲击）压缩的晶格级响应，以及动态过程中出现的结构与缓慢（静态）压缩中观察到的结构之间的关系，仍尚未被清晰理解。我们利用飞秒X射线衍射确定了冲击压缩铋至68 GPa的结构响应，从而首次以前所未有的细节揭示了相变序列和状态方程。我们发现，受冲击的铋表现出显著偏离平衡行为——未观察到非公度Bi-III相，而是出现了一种新的亚稳态相，并且与静态压缩研究相比，Bi-V相在显著更低的压力下形成。我们还首次直接测量了受冲击液体中的结构变化。这些观察揭示了受冲击材料的固相和液相中的新行为，并为比较静态和动态数据集的有效性提供了重要见解。
作者： M. G. Gorman，A. L. Coleman，R. Briggs，R. S. McWilliams，D. McGonegle，C. A. Bolme，A. E. Gleason，E. Galtier，H. J. Lee，E. Granados，M. ?liwa，C. Sanloup，S. Rothman，D. E. Fratanduono，R. F. Smith，G. W. Collins，J. H. Eggert，J. S. Wark，M. I. McMahon
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究铋在冲击压缩下的结构响应，以及动态过程中出现的结构与静态压缩下观察到的结构之间的关系。

研究成果

该研究揭示了冲击压缩铋在固相和液相中的新行为，显示出其与平衡状态的显著偏离。在较低压力下立方Bi-V相的形成以及新亚稳态相的观测表明，铋在静态压缩下表现出的结构复杂性可能在动态条件下大幅减弱或受到抑制。该研究还首次直接测量了受冲击液体的结构变化，为理解与行星内部相关的液-液相变提供了见解。

研究不足

该研究的局限性在于：由于相变材料中存在多波传播的复杂情况，通过激波波剖面分析准确测定样品密度面临挑战。采用更高能量的X射线源可降低最高压力下密度测量的不确定性。

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