科学家探索冲击压缩钽的高压行为

美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的研究人员在罗切斯特大学激光能量实验室（LLE）的Omega激光设施中探索了冲击压缩钽的高压行为。 这项工作显示，钽在高压下没有遵循预测的相变，而是保持体心立方（BCC）相，直到熔化。

这项工作的结果在《物理评论快报》的一篇论文中有所介绍，重点是研究人员如何在纳秒时间尺度上研究钽在多兆巴压力下的熔化行为。

这篇论文的主要作者Rick Kraus说：“这项工作为材料在这种极端条件下如何熔化和反应提供了一个改进的物理直觉。这些技术和改进的知识库现在正被应用于理解岩质行星的铁核如何凝固，同时也被应用于更多与程序相关的材料。”

Kraus表示，这项研究解决了关于钽的高压和高温相图的长期争议，表明BCC是高压下的稳定相，而且熔融曲线比以前的许多测量结果更陡峭。

除了钽的相图本身的科学重要性之外，这项工作是开发动态压缩平台以准确约束熔化和凝固过渡的更广泛努力的一部分。这些努力有助于确保研究人员在预测动态事件的结果时正确地模拟这些过渡。

这项工作代表了在极端条件下对材料进行原位表征的新前沿。在以前的实验中，冲击压缩下的熔化是通过冲击速度或光学特性的不连续变化来间接推断的。该研究的共同作者Federica Coppari补充说：“能够‘观察’结构从固体到液体的转变是非常令人兴奋的。”

随着研究人员在如此极端的条件下和短时标的实验中对熔体的明确测定，该团队帮助约束了熔体的时间依赖性行为，并发现像这样的动态实验正在观察平衡相位的边界。

实验使用Omega激光器的单一光束在钽样品中产生强烈的冲击波。该小组通过使用另外12束激光创建了一个基于等离子体的X射线源，用于X射线散射测量。在每个连续的实验中，该团队增加了样品中冲击波的强度，使用称为粉末X射线衍射成像板（PXRDIP）的X射线衍射诊断仪评估钽的状态。

“我们观察到了从固体BCC，到BCC和液态钽的混合相，再到完全的液态钽的转变，” Kraus说。“利用我们从这些实验中获得的过渡压力，以及以前关于钽的状态方程信息，我们也能够约束钽的熔化温度。”

科学家对钽在高压下的行为进行大量研究，并获得不一致的熔解曲线测量值。 Kraus表示：“因此，对我们来说，重要的是能够解决高度研究材料中的争议，以便我们能够确保我们使用的是被研究界接受的正确技术。”