Diamond lovește nicovata cu o presiune ultra-înaltă care depășește presiunea de 500 GPA

Recent, profesorul Huang Xiaoli de la Școala de Fizică de la Universitatea Jilin, profesorul Tang Aoqing de la Universitatea Jilin, profesorul Cui Tian de la Universitatea Ningbo, iar alții au făcut progrese semnificative în tehnologia de încărcare a presiunilor bazate pe dispozitive de la Diamond Anvil. Au obținut o descoperire de 500 de presiune GPA pentru prima dată în China. Rezultatele cercetării, intitulate „Ecuația unificată a stării de tungsten până la 527 GPA folosind celule de nicovală cu diamante torsionale modificate”, au fost publicate în revista Phys. Rev. B 111, 21, 4101 (2025).

 

În ultimii ani, s-au înregistrat progrese semnificative în tehnologia de încărcare de înaltă presiune, dar obținerea presiunilor peste 400 GPA folosind celula tradițională de nicovală cu diamante (DAC) se confruntă încă cu provocări semnificative. Studiile experimentale anterioare au arătat că deformarea dublă în formă de cupă a diamantului este un factor limitativ pentru obținerea unei presiuni de 400 GPa bazată pe DAC tradițional. Dezvoltarea unei noi tehnologii de încărcare a tensiunii ultra-înalte este o modalitate eficientă de a rezolva problemele urgente în acest domeniu. În prezent, un DAC în două etape (DS DAC) folosind emisfera cu diamante nanocristaline (NCD), deoarece nicovală secundară poate obține o presiune de 1 TPA. Cu toate acestea, dificultatea de operare experimentală complexă a DS DAC și dimensiunea și forma extremă a emisferei NCD limitează aplicarea ulterioară în încărcarea eșantionului și măsurarea in situ. În 2018, echipele Dewaele și Jenei au propus în mod independent modele de celule de nicovală cu diamante circulare (T-DAC) pentru a obține presiuni peste 500 GPa, dar experimentele ulterioare nu au reușit să treacă prin limita de presiune de 500 GPa. În prezent, parametrii de proiectare și modelul de distribuție a tensiunii T-DAc sunt încă neclare, astfel încât este crucial să dezvăluim distribuția și mecanismul de deformare a presiunii de suprafață a nicovalei sub presiune finală.

 

Echipa de cercetare a extins ecuația de stare izotermă a metalului de tungsten (W) la recordul actual de 527 GPA presiune extremă extremă bazată pe ecuația de aur a stării (EOS) obținută din experimente de difracție cu raze X de sincrotron folosind celule anvile cu diamante inelare îmbunătățite (MT DAC). Rezultatele cercetării indică faptul că, atunci când este comprimată la o presiune maximă de 527 GPa, structura cristalină a tungstenului își menține în continuare structura cubică centrată pe corp (BCC) și nu are loc nicio tranziție de fază. Prin adoptarea unui proces îmbunătățit de prelucrare inelară pentru a optimiza distribuția forței MT DAC, limita tradițională de presiune a DAC de 400 GPa a fost depășită cu succes, obținând presiuni ultra-înalte peste 500 GPa. Analiza elementelor finite arată că DAC de tip boehler Almax MT are un stres echivalent maxim extrem de scăzut și o tulpină principală maximă, ceea ce este crucial pentru îmbunătățirea limitei de presiune. Acest rezultat al cercetării va oferi o referință importantă pentru extinderea tehnologiei de încărcare a presiunii și calibrarea presiunii experimentale în condiții extreme.

 

Primul autor al articolului este Ding Yingji, student la doctorat la Laboratorul Național -cheie de Materiale de înaltă tensiune și Superhard, Universitatea Jilin. Autorii corespunzători sunt profesorul Huang Xiaoli și profesorul asociat Jiang Shuqing de la Școala de Fizică, Universitatea Jilin și profesorul Cui Tian de la Universitatea Ningbo. Acest studiu a primit finanțare de la Programul național de cercetare și dezvoltare cheie pentru tinerii oameni de știință, precum și un sprijin puternic din partea sursei de radiații de sincrotron din Shanghai și sursa franceză ESRF.

 

Link text complet al lucrării:

https:\/\/journals.aps.org\/prb\/pdf\/10.1103\/physRevb.111.214101