衝撃圧縮による金属化ダイヤモンドのナノ秒生成

通过冲击压缩产生纳秒级金属化金刚石

• 批准号: 21J10604
• 负责人: 片桐 健登
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J10604/
• 关键词: ダイヤモンド; 超高圧; 衝撃圧縮; X線自由電子レーザー; 相転移; 炭素; 金属化; 超高速変形

本研究では、ハイパワーレーザー照射により誘起された衝撃波を用いてダイヤモンドに高圧力を印加し、その際に発生する物性変化をその場観察した。はじめに可視光プローブ計測により、最大1600 GPaの超高圧力におけるダイヤモンドの圧縮率と光学特性の圧力依存性を評価した。これによりダイヤモンドは1200 GPaを超える圧力域において金属的な振る舞いを示すことが確認されたほか、ダイヤモンドの結晶粒径が衝撃圧縮状態の変化に与える影響は、より低圧の固体領域に限定されることを明らかにした。次に、X線自由電子レーザーを用いたフェムト秒X線回折計測を、80-700 GPaまで衝撃圧縮されたナノ多結晶ダイヤモンドで行った。これにより、衝撃圧縮下で発生する弾塑性変形を時間分解し、それらの変形に伴う歪みの異方性を定量的に評価した。また、700 GPaの高圧力下においてダイヤモンドが結晶構造変化を示さないことを明らかにした。本結果から、ダイヤモンドが金属的に振る舞う1200 GPa以上の圧力域におけるその場X線回折計測を行うには、X線自由電子レーザーに同期された30 Jレーザーではエネルギーが足りないという問題点も明らかになった。そこで、低密度フォームを材料に用いた圧力増幅レイヤーの開発を行なった。この圧力増幅レイヤーを衝撃圧縮試料のレーザー照射面に貼付して同じエネルギーのレーザー照射を試みたところ、既存の一般的なアブレーションレイヤーに比べて76%高い圧力増幅効果が得られることが分かった。この圧力増幅レイヤーを用いることで、30 J級レーザーであってもダイヤモンドが金属的に振る舞う1200 GPa以上の超高圧力を印加し、X線計測を行うことが可能であると見積もられる。

In this study, the field observation of shock wave induced by high pressure radiation was carried out. The pressure dependence of optical characteristics and compression ratio of visible light measurement, maximum 1600 GPa ultra-high pressure measurement The crystal particle size of the metal in the pressure range of 1200 GPa is determined by the impact compression state and the influence of the low pressure solid field. Second, X-ray free electron emission measurement is used to measure the impact voltage of 80-700 GPa. In this case, the plastic deformation caused by shock compression is analyzed in time, and the deformation is accompanied by quantitative evaluation. At 700 GPa and under high pressure, the crystal structure changes. The results show that the field X-ray backscattering measurement of metal vibration in the pressure range above 1200 GPa is carried out in the same period as that of X-ray free electron vibration in the same period as that of 30 J. In addition, the development of low-density materials with high pressure and high amplitude can be achieved. The pressure increase effect was 76% higher than that of the normal pressure increase effect. High pressure of more than 1200 GPa can be measured by X-ray.

项目成果

多結晶タンタルの衝撃圧縮および解放状態における液体構造の観察

多晶钽冲击压缩和释放状态下液体结构的观察

• 发表时间: 2021
• 作者: K. Katagiri;N. Ozaki;Y. Umeda;T. Irifune;N. Kamimura;K. Miyanishi;T. Sano;T. Sekine;and R. Kodama;片桐健登
• 通讯作者: 片桐健登

X線自由電子レーザーによるナノ多結晶ダイヤモンド超高速変形のその場観察

X射线自由电子激光原位观察纳米多晶金刚石超快变形

• 发表时间: 2021
• 作者: 片桐 健登;尾崎 典雅;DRESSELHAUS-MARAIS Leora;EGGERT Jon H;犬伏 雄一;松岡 健之;宮西 宏併;西山 宣正;末田 敬一;関根 利守;瀬戸 雄介;丹下 慶範;入舩 徹男;富樫 格; 梅田 悠平;矢橋 牧名;籔内 俊毅;兒玉 了祐
• 通讯作者: 兒玉 了祐

Hugoniot equation-of-state and structure of laser-shocked polyimide C22H10N2O5

激光冲击聚酰亚胺C22H10N2O5的Hugoniot状态方程和结构

• DOI: 10.1103/physrevb.105.054103
• 发表时间: 2022
• 期刊: PHYSICAL REVIEW B
• 影响因子: 3.7
• 作者: K. Katagiri;N. Ozaki;D. Murayama;K. Nonaka;Y. Hironaka;Y. Inubushi;K. Miyanishi;H. Nakamura;T. Okuchi;T. Sano;Y. Seto;K. Shigemori;K. Sueda;T. Togashi;Y. Umeda;M. Yabashi;T. Yabuuchi;and R. Kodama
• 通讯作者: and R. Kodama

Liquid structure of tantalum under internal negative pressure observed by in-situ X-ray diffraction

原位X射线衍射观察内部负压下钽的液态结构

• 发表时间: 2021
• 作者: K. Katagiri;N. Ozaki;L. Dresselhaus-Marais;J. Eggert;Y. Inubushi;T. Irifune;M. Koenig;T. Matsuoka;K. Miyanishi;H. Nakamura;N. Nishiyama;T. Sekine;Y. Seto;K. Sueda;Y. Tange;T. Togashi;Y. Umeda;M. Yabashi;T. Yabuuchi;and R. Kodama;K. Katagiri
• 通讯作者: K. Katagiri

X-ray radiography based on the phase-contrast imaging with using LiF detector

基于 LiF 探测器相衬成像的 X 射线照相

• DOI: 10.1088/1742-6596/1787/1/012027
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: Makarov S S;Pikuz T A;Buzmakov A V;Chernyaev A P;Mabey P;Vinci T;Rigon G;Albertazzi B;Casner A;Bouffetier V;Kodama R;Katagiri K;Kamimura N;Umeda Y;Ozaki N;Falize E;Poujade O;Togashi T;Yabashi M;Yabuuchi T;Inubushi Y;Miyanishi K;Sueda K;Manuel M;Gregori G
• 通讯作者: Gregori G