用于观察压力下氧化玻璃结构的金刚石砧

研究人员美国能源部阿贡国家实验室利用一种独特的穿孔金刚石电池,以前所未有的细节研究高压下的氧化玻璃结构。

阿贡的物理学家Chris Benmore和博士后任命者Qiang Mei,以及亚利桑那大学的同事们,使用微型激光穿孔钻石砧细胞产生了高达320亿帕(GPa)的压力——大约是地球中心压力的十分之一。通过在铁砧之间“压碎”玻璃状氧化砷样品,研究人员能够确定该结构在高压下的反常行为背后的机制。

本莫尔说,这项研究可能会对地球物理科学产生深远的影响,因为氧化物玻璃和液体在组成地球的材料中占很大比例。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球例如,了解高压下氧化物质的原子结构,可以为科学家提供一扇窗口,了解早期地球和月球形成期间岩浆的行为。欧洲杯足球竞彩他说:“我们现在有了一种技术,可以观察许多不同的硅酸盐玻璃,它们与地球的过程有关,以及形成地幔的熔体的复杂行为。”

在他们的研究过程中,本莫尔和梅注意到,如果氧化砷受到高压,材料会在20 GPa左右发生不寻常的转变,化合物的颜色会从透明变成红色。然而,他们不知道这种行为的原子原因。

然而,通过在阿贡先进光子源(APS)上进行x射线对分布函数实验,本莫尔和梅能够看到产生颜色变化的原子重构。在常压下,氧化砷通常存在于孤立的分子“笼”中,其中四个砷原子被三个氧原子所包围,每个氧原子与两个砷原子结合。然而,当压力上升到20gpa以上时,许多分子笼坍塌了,产生了新的同分异构体,其中每个砷原子与6个氧原子结合。

常规的钻石铁砧不能使用,因为它们会造成大量的背景散射,掩盖了材料发出的信号。之前在玻璃材料上的实验使用了机械钻钻的钻石砧单元来产生高压,但在超欧洲杯足球竞彩过15 GPa的压力下,这些方法通常都失败了。这个实验涉及到激光穿孔钻石砧与微聚焦高能x射线衍射技术的首次应用,这种技术能够在不产生背景噪声的情况下产生高压。

本莫尔希望将他的研究扩展到液态氧化物和硅酸盐,将它们加热至熔点以上。通过这样做,他希望能更好地理解这些材料的结构转变,这种转变预计会更突然地发生,而且在这些材料的液相中是可逆的。欧洲杯足球竞彩

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