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铁在压力下如何转变-行星核和更有弹性的材料

更新时间:2020-07-26 21:28点击:

铁是宇宙中最丰富的金属。它在地球核心形成了复杂的结构,产生了一个行星磁场,保护地球表面的生命免受空间辐射。

为了了解铁和其他物质如何在行星核心的极端条件下发挥作用,科学家们使用强大的激光脉冲向物质发射冲击波,并提高其压力和温度。

现在,一个国际科学家小组观察到了在激光脉冲产生的快速撞击中铁的结构是如何变化的。铁原子在这种极端冲击下重新排列的方式,为我们了解像地球这样的行星的形成提供了新的见解,也为设计更具弹性的材料提供了信息。由韩国首尔延世大学的科学家李永杰(Yongjae Lee)和美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家埃里克·加蒂埃(Eric Galtier)和Hae Ja Lee领导的研究小组最近在《科学进展》(Science Advances)上发表了他们的研究结果。

在位于韩国浦项的pall - xfel实验中,研究人员用仅持续几百皮秒或万亿分之一秒的激光脉冲冲击一个铁样本,产生的力可以与陨石撞击地球表面的力相媲美。然后用更短的飞秒,也就是十亿分之一秒的x射线脉冲探测这种物质,看看铁原子是如何响应冲击而重新排列的。x射线探针的持续时间是如此之短,以至于它可以在冲击波穿过物质时拍下快照。这使得研究人员能够拼凑出一部关于铁晶结构如何在撞击中变形的定格电影。

通常,铁原子由一个原子排列在立方体的中心和每个顶点。在足够高的温度下,铁保持这种立方排列,每个顶点都有铁原子,但不是在中心有一个铁原子,而是在六个立方体的每个面都有一个铁原子。在足够高的压力下,铁原子的排列会从立方体变成六边形。为了应对实验中达到的高温和压力,研究人员观察了铁通过这些原子排列的演变。接下来,他们计划在不同的温度和压力下对铁和其他材料使用这项技术,以更好地了解它们在冲击波引起的快速能量变化中是如何表现的。

参考文献:在激光冲击下的亚纳秒相变动力学,Hwang, E. Galtier, H. Cynn, I. Eom, Chun s.h., Bang, g.c. Hwang, J. Choi, T. Kim, M. Kong, S. Kwon, K. Kang, H. J. Lee, C. Park, J. I. Lee, Yongmoon Lee, W. Yang, S. h。Shim, T. Vogt, Sangsoo Kim, J. Park, Sunam Kim, D. Nam, J. H. Hyun, M. Kim, T. y。古,c c。Kao, T. Sekine和Yongjae Lee, 2020年6月5日,《科学进展》。

DOI: 10.1126 / sciadv.aaz5132

该团队还包括来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员;亚利桑那州立大学;南卡罗莱纳大学;浦项加速器实验室和位于韩国的韩国极地研究所;中国高压科学技术先进研究中心;以及日本大阪大学。这项工作得到了韩国科学、信息通信技术和未来规划部(MSIP)、国家核安全管理局和DOE&rsquo的科学办公室的首席研究员项目的支持。