2020年8月20日
ESRF的科学家们与CEA和CNRS/索邦大学Université的团队一起，发现了硫从液体到液体转变的证据，以及一种新的临界点，结束了这种转变。他们的工作发表在自然．
在环境中处处都在不断地发生相变。相变最著名的例子是水在0°C和100°C大气压下从固体变为液体或从气体变为液体。尽管这些现象在自然界中普遍存在，但科学家仍未完全理解这些转变是如何在微观层面上发生的。
在许多相变情况中，那些涉及潜热和密度不连续变化的相变称为一阶相变。一阶跃迁在固态中很常见，包括石墨到金刚石的跃迁，以及硅中半导体到金属的跃迁。
然而，多年来，没有人认为可能有任何一种一级转变，分离两个相同的纯和各向同性物质的液相。随着新千年的到来，事情发生了变化。一个自然2000年，来自日本同步加速器Spring-8的Y. Katayama等人发表的一篇论文，给出了磷中发生液体到液体转变的证据。
“这是一个真正的突破，因为它改变了科学界对液态的认知方式”，Mohamed Mezouar解释道，他是ESRF负责ID27光束的科学家，也是新出版物的通讯作者。“今天我们展示了液态硫中这种转变的第二个直接证据”, Mezouar补充道。他解释说:“我们选择硫是因为硫和磷在高压和高温下表现出重要的相似性。”“此外，我知道它是一个很好的候选，因为它已经显示出各种有趣的固体形式，无论是分子或聚合物，晶体或无定形。”硫也是最重要的元素之一，被用于橡胶轮胎、硫酸、化肥等许多应用。
如果自2000年以来，科学家们还没能找到任何其他纯和稳定液体中其他液体-液体转变的证据，那是因为这种类型的转变是稀缺的，而且人们对它还知之甚少。计算已经预测液态氢、氮气和二氧化碳会发生转变，但在非常高的压力和温度条件下，仍然难以探测。
当前出版的实验发生在ID27, ESRF团队,与科学家们一起CEA在巴黎和法国/巴黎索邦大学,应用压力液体硫磺和原位观察它是如何进化在温度高达1000摄氏度和压力20千克金条。“这些实验具有挑战性，因为我们必须限制液态硫，并进行高精度的原位定量x射线测量”，劳拉·亨利解释道，她是当时的博士生和第一作者。
液-液临界点的第一个证据:转变的奇点
在发现了液体-液体转变的证据后，研究小组大吃一惊。法国科学研究中心“索邦大学Université”研究主任Fréderic Datchi回忆道:“完全出乎意料的是，就在那里，我们发现了我们所知的‘临界点’，一个物理性质急剧变化的奇点。”
在临界点时，两种液体之间的密度变化消失，因此一种液体可以连续地从一种相到另一种相。无论多么接近，系统都会在两种状态之间“犹豫”，产生大的密度波动，这种现象被称为临界乳光。
超临界液体，即在“正常”液-气临界点以上加压加热的液体，在化学工业中被大量使用，因为它们是很好的溶剂。另一方面，终止液-液转变的临界点至今还只是一个理论对象。人们推测它存在于液态水中，以解释它的许多物理异常，并从20世纪90年代开始积极地进行实验，但迄今没有成功。
因此，这是迄今为止在任何系统中存在液-液临界点的第一个实验证据。由于它位于一个可以通过实验获得的压力-温度域，它为研究与llt相关的临界现象提供了一个独特的机会，因此具有超出特定硫系统的一般值。
将阶段转换提升到下一个层次
有了新一代ESRF同步加速器“极亮源”(Extremely Brilliant Source)，关于液体-液体转变的实验将深入到更深处:光子通量和相干性的增加将使科学家能够跟踪非常快速的现象，从而观察临界点附近的波动。
“从更广泛的意义上说，这项研究可以打开一扇门，让我们了解其他重要系统(如水)液态的复杂性。”, Mezouar总结道。
来源:http://www.esrf.fr/