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XII/Hiper激光系统通过激光冲击压缩进行了钻石Terapacal区域的超高压力条件的实验测量。髋关节系统成功地生成了高达2200J的激光束，并通过从同一方向收集多达9束，髋臼系统成功地生成了高度平面冲击波。该技术引起的冲击波在钻石样品内传播，并测量了0.5至2.0 TPA的冲击压缩态。在这项研究中，我们成功地测量了钻石的高压状态，其压力几乎是先前数据（590 GPA）的三倍。使用单晶钻石的实验值和散装声速度数据，我们通过计算冲击波速度和粒子速度之间的线性关系，获得了冲击波速度和粒子速度之间的线性关系。当将这种关系与Pavlovskii的Yugonio压缩曲线的外推到590 GPA至2 TPA的外推时，以及由Van Thiel和REE计算出的理论Yugonio压缩曲线，在实验误差中没有发现差异。当实验值被绘制在先前提出的碳压力（P）温度（T）平衡相图上时，估计据估计，地下区域的单晶钻石的影响压缩状态和terapascal区域的液态金属碳的冲击状态。还发现，体积变化伴随着从单晶钻石到液态金属碳的相变很小。由于在测量冲击压缩状态时很难捕获体积的小变化，因此本研究发现最近的第一原理计算表明，在超高压力下钻石的熔解曲线在P-T相图上具有负斜率。

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。