テラパスカル領域におけるダイヤモンドの衝撃圧縮状態の解明

阐明金刚石在特拉帕斯卡区域的冲击压缩状态

• 批准号: 03J50331
• 负责人: 永尾 浩文
• 金额: $ 1.66万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J50331/
• 关键词: 衝撃圧縮; 超高圧; ユゴニオ; 状態方程式; レーザー; ダイヤモンド; 炭素; 衝撃波; 構造相転移; ガラスレーザー; レーザー加速フライヤー; 時間分解ラマン分光計測; 高出力レーザー; 時間分解ラマン分光法; ポリテトラフルオロエチレン

大阪大学レーザーエネルギー学研究センターの激光XII号/HIPERレーザーシステムを用いたレーザー衝撃圧縮法によって、ダイヤモンドのテラパスカル領域における実験的な超高圧状態の測定を行った。激光XII号レーザーによって最大2200Jのレーザー光を発生させ、HIPERシステムによって最大9本のビームを同じ方向から集光照射することで、平面性の高い衝撃波を発生させることに成功した。この手法によって誘起された衝撃波をダイヤモンド試料内部に伝播させ、0.5〜2.0TPaの衝撃圧縮状態を測定した。本研究では、既往のデータ(590GPa)に対して3倍近い高圧力でのダイヤモンドの高圧状態の測定に成功した。得られた実験値と単結晶ダイヤモンドのバルク音速データを使い、衝撃波速度と粒子速度の直線関係を求めるとUs^<dia>=11.2+1.2U_p^<dia>という関係式を得た。この関係と、590GPaまでのPavlovskiiのユゴニオ圧縮曲線を2TPaまで外挿したもの、およびvan ThielとReeによって計算された理論的なユゴニオ圧縮曲線を比較すると実験誤差の範囲内で違いは認められなかった。これまでに提案された炭素の圧力(P)-温度(T)平衡相図上に実験値をプロットすると、サブテラパスカル領域では単結晶ダイヤモンドの、テラパスカル領域では液体金属炭素の衝撃圧縮状態を示していると推定された。また、単結晶ダイヤモンドから液体金属炭素への相転移に伴う体積変化が小さいことを見出した。衝撃圧縮状態の計測では、体積の微小な変化を捕らえることは難しいことから、最近の第一原理計算による超高圧下におけるダイヤモンドの融解曲線がP-T相図上で負の傾きを持つとされていることと本研究結果は矛盾しないことが明らかとなった。

大阪大学激光能源研究中心的激光减压方法使用强烈的轻XII/HIPER激光系统测量了钻石Terapascal地区的实验性超高压条件。 Gekido XII的激光器最多可达2200J激光，髋关节系统通过从同一方向照射多达9束光束，成功地产生了高级冲击波。该方法引起的冲击波传播到钻石样品中，并测量了0.5至2.0 TPA的冲击压缩状态。与现代数据相比，这项研究成功地测量了高压钻石的高压（590 GPA）。使用获得的实验值和单晶钻石的批量数据，获得了冲击波速度和粒子速度之间的关系，并且关系公式为US^<IA> = 11.2+1.2U_P^<DIA>。在比较Pavlovskii压缩曲线最多590 GPA和2TPA时，这种关系在实验误差的范围内没有得到认可，而理论上的Ugonio压缩曲线是由Van Thil和REE计算的。当在平衡相图上绘制碳压力（P） - 温度（T）平衡的实验值时，地下区域是单晶钻石，在Terrapascal区域，液态金属碳的冲击压缩状态是假定要显示。此外，发现由于将单晶钻石转移到液态金属碳中而导致的体积变化很小。由于很难在撞击压缩状态的测量中捕获体积的最小变化，因此据说根据最近的第一原理在超高压力下的钻石融合曲线对P-t相位图具有负面的倾向。这项研究的结果不一致。

项目成果

H.Nagao, A.Matsuda, K.G.Nakamura, K.Kondo: "Nanosecond time resolved Raman spectroscopy on phase transition of polytetrafluoroethylene under laser-driven shock compression"APPLIED PHYSICS LETTERS. VOl.83. 249 (2003)

H.Nagao、A.Matsuda、K.G.Nakamura、K.Kondo：“激光驱动冲击压缩下聚四氟乙烯相变的纳秒时间分辨拉曼光谱”应用物理快报。

H.Nagao, Y.Hironaka, K.G Nakamura, K.Kondo: "Hard X-Ray Emission from a Copper Target by Focusing a Picosecond Laser Beam at 3x 10^<13> W/cm^2"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.43. 1207 (2004)

H.Nagao、Y.Hironaka、K.G Nakamura、K.Kondo：“通过聚焦 3x 10^<13> W/cm^2 皮秒激光束从铜靶发射硬 X 射线”日本应用物理学杂志。