當超過250萬倍大氣壓時，金就開始融化了，產生新的結構

金是高壓實驗中極其重要的材料，在靜態金剛石砧芯實驗中被認為是計算壓力的「金標準」。當在室溫下緩慢壓縮時(大約幾秒到幾分鐘)，當壓力達到地球中心三倍時，金更傾向於以表面為中心的立方(fcc)結構。然而，來自勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)和華盛頓卡內基研究所的研究人員發現，當金在納秒(十億分之一秒)內被迅速壓縮時，壓力和溫度的增加會將晶體結構改變為金的一個新階段。這種著名的體心立方(bcc)結構變形為比fcc結構更開放的晶體結構。

其研究結果發表在《物理評論快報》上，該研究的主要作者、LLNL的博士後理查德·布里格斯說：在黃金中發現了一種存在於極端狀態下的新結構（地球中心壓力的三分之二）。事實上，新結構在高壓下的填料效率比初始結構要低，考慮到大量理論預測表明應該存在更緊密的填料結構，這就很令人驚訝。實驗在阿貢國家實驗室先進光子源的動態壓縮區(DCS)進行。DCS是第一個致力於動態壓縮的同步x射線科學設備。這些實驗是首次在DCS專用高能激光站hutch-C上進行，金是理想的研究對象。

（圖示）在阿貢國家實驗室的動態壓縮區收集的三張圖像中，突出了x射線探測器記錄的衍射信號。第1為初始面心立方結構；第2為新的體心立方結構，壓強為220 GPa；第3是330 GPa下的液態金。

因為它的高z值(提供一個強大的x射線散射信號)和相對未探索的相圖在高溫下。研究小組發現，金的結構在220GPa壓力下開始改變(220萬倍於地球大氣壓力)，當壓力超過250GPa時開始融化。觀察到液態金的平均點達到330GPa，這是地球中心的壓強，比之前測量高壓下的液態金壓強高300多GPa。由於催化裂化轉變為密相連鑄結構在鋼鐵生產中的重要性，這可能是研究最多的相變之一。高溫或應力會導致兩種催化裂化/密相連鑄結構之間的結構變化。然而，目前還不清楚是什麼相變機制在起作用。

研究結果表明，由於壓力和溫度的影響，金在熔化前經歷了相同的相變，未來的實驗集中在這種相變機理上，可以幫助闡明這種重要的相變在製造強鋼方面的關鍵細節。許多用來理解高壓/高溫行為的金理論模型並不能預測以物質中心的結構形成——在10多部已發表的著作中，只有兩篇是這樣的。研究結果可以幫助理論學家改進極端壓縮下的元素模型，並期待利用這些新模型來研究化學鍵的影響，以幫助開發可以在極端狀態下形成的新材料。

博科園｜研究/來自：勞倫斯利弗莫爾國家實驗室

參考期刊《物理評論快報》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.045701

博科園｜科學、科技、科研、科普

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！