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。

Osaka university レ ー ザ ー エ ネ ル ギ ー studies セ ン タ ー の laser assist number/HIPER レ ー ザ ー シ ス テ ム を with い た レ ー ザ ー blunt shock 圧 shrinkage method に よ っ て, ダ イ ヤ モ ン ド の テ ラ パ ス カ ル field に お け る be 験 な ultra-high 圧 state の line measurement を っ た. Laser number assist レ ー ザ ー に よ っ て maximum 2200 j の レ ー ザ ー light を 発 raw さ せ, HIPER シ ス テ ム に よ っ て 9 this biggest の ビ ー ム を with じ direction か ら set light す る こ と で, plane の high い shock wave を 発 raw さ せ る こ と に successful し た. こ の gimmick に よ っ て induced さ れ た blunt shock wave を ダ イ ヤ モ ン ド sample internal に 伝 sowing さ せ, 0.5 ~ 2.0 TPa の shock 圧 determination of shrinkage state を し た. This study で は, always の デ ー タ (590 gpa) に し seaborne て nearly 3 times い high pressure で の ダ イ ヤ モ ン ド の high 圧 state の determination に successful し た. Have to ら れ た be 験 numerical と 単 crystallization ダ イ ヤ モ ン ド の バ ル ク sonic デ ー タ を make い と の linear velocity, strong shock wave speed masato is め を o る と Us ^ < dia > = 11.2 + 1.2 U_p ^ < dia > と い う masato た を system type. こ の masato と, 590 gpa ま で の Pavlovskii の ユ ゴ ニ オ 圧 shrinkage curve を 2 tpa ま で outside scions し た も の, お よ び van Thiel と Ree に よ っ て computing さ れ た theory な ユ ゴ ニ オ を 圧 shrinkage curve comparison す る と be 験 error の van 囲 で violations within い は recognize め ら れ な か っ た. こ れ ま で に proposal さ れ た carbon の pressure (P), temperature (T) on the equilibrium phase 図 に be 験 numerical を プ ロ ッ ト す る と, サ ブ テ ラ パ ス カ ル field で は 単 crystallization ダ イ ヤ モ ン ド の, テ ラ パ ス カ ル field で は liquid metal carbon の blunt shock 圧 shrinkage state を shown し て い る と presumption さ れ た. ま た, 単 crystallization ダ イ ヤ モ ン ド か ら liquid metal carbon へ の phase planning to remove に companion volume variations change が う さ い こ と を shows し た. Blunt shock 圧 shrinkage state の measuring で は, tiny な の volume variations change を catching ら え る こ と は difficult し い こ と か ら, recently の first principle calculation に よ る under ultra-high 圧 に お け る ダ イ ヤ モ ン ド の melting curve が P - T phase 図 で negative tilt の き を hold つ と さ れ て い る こ と と this study は contradiction し な い こ と が Ming ら か と な っ た.

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。

Hard X-ray emission from a copper target by focusing a picosecond laser beam at 3x10^13 W/cm^2

通过聚焦 3x10^13 W/cm^2 的皮秒激光束从铜靶发射硬 X 射线

• 发表时间: 2004
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics 43
• 作者: H.Nagao;K.G.Nakamura et al.
• 通讯作者: K.G.Nakamura et al.

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。