ピコ秒時間分解X線回折による衝撃圧縮下の圧力誘起相転移ダイナミクス

通过皮秒时间分辨 X 射线衍射研究冲击压缩下压力诱导的相变动力学

• 批准号: 03J03328
• 负责人: 岸村 浩明
• 金额: $ 1.09万
• 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 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-03J03328/
• 关键词: 圧力誘起相転移; 時間分解X線回折; フェムト秒レーザ; 構造ダイナミクス

CdSは静的もしくは衝撃圧縮法により加圧することで、約3GPaにおいてウルツ鉱型構造から岩塩型構造へ転移する。この転移時間はマイクロ秒以下と短いものであるが、さらにこの転移においては2段階で転移することが指摘され、構造が未確認の中間相があるとされている。そこで本研究では、CdSにレーザを用いた衝撃圧縮により高圧力をかけ構造相転移を起こし、構造変化の様子を、金属(Cu)に超短パルスレーザを照射することで発生する特性X線を用い、装置の分解能である10ピコ秒間隔で測定した。対象物質に対する研究に関連して、超短パルス高強度レーザの衝撃圧縮用ドライバーとしての特性評価、特に圧力、空間的定常性、圧力保持時間の評価が必要不可欠である。そこでまず、半導体Siに集光照射したときの、衝撃波発生および伝播過程の測定を時間分解X線回折法により行い、レーザ照射によって引き起こされる過渡的高圧力状態の特性を評価した。試料としてSi単結晶を使用し、波長780nmパルス幅300psのTi : sapphireレーザをレーザ照射強度14〜54GW/cm^2で照射した。測定した時間領域は最大で数ナノ秒とした。17GW/cm^2では12GPaに対応する一軸方向に6%の圧縮が実現した。この6%の圧縮はウゴニオ弾性限界2.6%をはるかに超える圧縮状態であったが、直接的な証拠として弾塑性転移の様子を得ることはできなかった。さらに照射強度を増やしても、それ以上に一軸方向には圧縮しなかったが、一方で回折線の不可逆なブロード化がおき、これは衝撃圧縮中にSi結晶の完全性が崩れ微細なモザイクが形成されることによるとわかった.さらに、CdSを試料としたレーザ衝撃実験を行った、試料の大きさが十分でないこと、X線の浸透深さが十分でないために、きわめてS/N比の悪い実験しか行えず、圧縮状態にあることを調べることができなかった。

CdS は static も し く は blunt shock 圧 shrinkage method に よ り plus 圧 す る こ と で, about 3 gpa に お い て ウ ル ツ 鉱 type structure か ら rock salt type structure へ planning move す る. Move こ の planning time は マ イ ク ロ seconds the following short と い も の で あ る が, さ ら に こ の planning move に お い て は 2-stage order で planning move す る こ と が blame さ れ, tectonic が unrecognized の mesophase が あ る と さ れ て い る. そ こ で this study で は, CdS に レ ー ザ を with い た blunt shock 圧 shrinkage に よ り high pressure を か け tectonic facies planning move since を こ し, structural variations の others を, metal (Cu) に ultrashort パ ル ス レ ー ザ を irradiation す る こ と で 発 raw す る characteristic X-ray の を い, device can decompose で あ る 10 ピ コ seconds interval で determination し た. Like material に seaborne seaborne す る research に masato even し て, ultrashort パ ル ス high-strength レ ー ザ の blunt shock 圧 shrinkage with ド ラ イ バ ー と し て の features review 価, に pressure, steadiness of space, pressure keeping time の review 価 が need not owe で あ る. そ こ で ま ず, semiconductor Si に set light し た と き の, strong shock wave 発 raw お よ び 伝 の seeding process determination を time breakdown X-ray back twists に よ り い, レ ー ザ irradiation に よ っ て lead き up こ さ れ る transition state of high pressure の features を review 価 し た. Sample と し て Si 単 crystallization を use し, wavelength of 780 nm パ ル ス 300 ps の Ti: sapphire レ ー ザ を レ ー ザ irradiation intensity 14 ~ 54 gw/cm ^ 2 で irradiation し た. Determine the maximum で number in the た time domain た ナノ seconds と た た. 17GW/cm^2で で 12GPaに に6% <s:1> compression が in the 応する one-axis direction た actual occurrence た た. こ の 6% の 圧 shrinkage は ウ ゴ ニ オ 弾 margin 2.6% を は る か に super え る 圧 shrinkage state で あ っ た が, direct な 拠 と し て 弾 plastic planning move の others child を have る こ と は で き な か っ た. さ ら に irradiation intensity を raised や し て も, そ れ に above a axis に は 圧 shrinkage し な か っ た が, one party で back line の irreversible な ブ ロ ー ド change が お き, こ れ は blunt shock 圧 shrinkage in に Si crystal の completeness が collapse れ imperceptible な モ ザ イ ク が form さ れ る こ と に よ る と わ か っ た. さ ら に, CdS を sample と し た レ ー ザ blunt shock be 験 を line っ た, try の big き さ が very で な い こ と, X-ray の drenched deep さ が very で な い た め に, き わ め て S/N ratio is の 悪 い be 験 し か line え ず, 圧 shrinkage state に あ る こ と を adjustable べ る こ と が で き な か っ た.

项目成果

H.Kishimura, A.Yazaki, Y.Hironaka, K.C.Nakamura, K.Kondo: "Lattice deformation in laser-irradiated silicon crystal studied by picosecond X-ray diffraction"Applied Surface Science. 207. 314 (2003)

H.Kishimura、A.Yazaki、Y.Hironaka、K.C.Nakamura、K.Kondo：“通过皮秒 X 射线衍射研究激光照射硅晶体中的晶格变形”应用表面科学。