揭开超高压状态方程校准的新型样品配置

在最近发表在《应用物理学杂志》上的一篇论文中，来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL)、阿贡国家实验室和德国电子同步加速器的国际科学家团队开发了一种新的样品配置，提高了在金刚石压砧中以前无法实现的压力条件下状态方程测量的可靠性。

就规模而言，通过这种配置，可以实现高于 500 万个大气压、直至海王星内部条件的高质量静态状态方程测量。

LLNL 开发的环形金刚石压砧在推动凝聚态科学的静压极限方面具有革命性意义。然而，下一个关键步骤是推进更复杂实验的样品制造。

压力高于 300 GPa 的静态压缩实验极具挑战性，压缩环境通常并不理想。这款新样品包解决了这一问题，并且随着压缩环境的改善，状态方程数据的质量也得到了提高。

这项工作是朝着在这些兆巴条件下优化静态压缩实验迈出的重要一步，并为在 LLNL 进行的气枪和 NIF 实验提供补充数据。

论文第一作者、劳伦斯利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 科学家克莱尔·祖尔科夫斯基 (Claire Zurkowski) 表示：“由此，我们可以报告在压力为大多数金刚石压砧得出的状态方程测量压力两倍以上的条件下，对材料进行可靠的状态方程校准。”

该团队使用了 LLNL 设计的环形金刚石压砧，该压砧能够定期达到 > 300 GPa，样品室直径约为 6 µm。这大约是人类头发宽度的 1/20。在这个小样品室中，科学家随后通过 10 步工艺微加工出样品包，其中目标材料嵌入均匀的软金属胶囊中，作为压力传输介质。

由于金刚石砧座中的样品仅沿一个轴被砧座压缩，因此必须将这种应力均匀地重新分布在样品材料周围，以实现可靠的状态方程测量。在本研究中，软金属胶囊正是这样做的，即使在微米级也是如此。

实验在阿贡国家实验室第 16 区 HPCAT 和德国电子同步加速器 PETRA-III 进行。虽然科学家们使用铜压力传输介质在钼上测试了这种方法，但这种样品包可以广泛应用。

“这项工作只是标志着环形金刚石压砧中样品封装微加工的开始，”Zurkowski 说。“我们预计这种样品封装方法将很容易将物理、化学和行星科学材料中的静态状态方程校准推向数兆巴范围——目前静态压缩数据非常有限。”

合著者包括来自劳伦斯利弗莫尔国家实验室的 Rachel Lim、Olivia Pardo、Earl O'Bannon、Per Soderlind 和 Zsolt Jenei 以及来自德国电子同步加速器的 K Glazyrin。

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