劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员在罗彻斯特大学激光能量学实验室( Laboratory for Laser Energetics-LLE)的Omega激光设备中探索了冲击压缩钽的高压行为。这项工作表明，钽在高压下没有遵循预测的相变，而是保持体心立方相（body-centered cubic-BCC），直到熔化。

▲工作人员在Omega衍射实验期间拍摄的时间积分图片，为更加了解钽的特性提供可能。来源：E. Kowaluk/LLE。

劳伦斯利弗莫尔国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory-LLNL)的研究人员在《 Physical Review Letters》上刊登了他们的新研究——如何在纳秒时间尺度上研究钽在几兆巴压力下的熔化。

该论文的主要作者Rick Kraus说：“这项工作为材料在此类极端的条件下熔化和反应的研究提供了一种物理依据，在以前的实验中，冲击压缩下的熔化是通过冲击速度或光学性质的不连续变化间接推断出来的。能够‘观察’结构从固体到液体的转变是非常令人兴奋的。这些技术和不断更新的知识现在正被应用于理解岩石行星的铁芯是如何固化的，也被应用于与此相关的其他材料。”

Kraus补充道：“这项研究解决了长期以来关于钽的高压和高温相图的争议，表明BCC是高压下的稳定相，熔体曲线比以前的许多测量值更陡。除了钽本身相图的科学重要性之外，这项工作是开发动态压缩平台以精确限制熔化和凝固转变的重要一部分。这些努力有助于确保研究人员在预测动态事件的结果时正确模拟这些转变，比如在国家点火设施形成撞击坑或加速烧蚀。”

该研究的合著者Federica Coppari认为，随着研究人员在这种极端条件下和短时间尺度实验中对熔体的明确测定，可帮助约束熔体的时间相关行为，并助力观察平衡相边界等动态实验。

该实验使用一束Omega激光在钽样品中产生强烈的冲击波，通过使用另外12束为x光散射测量创建了一个基于等离子体的x光源。在每一个连续的实验中，研究小组都增加了样品中冲击波的强度，使用被称为“X射线粉末衍射成像板”(Powder X-Ray Diffraction Image Plate-PXRDIP)的x光衍射诊断来评估钽的状态。Kraus说: “我们观察到了从固态BCC，到BCC和液态钽的混合相，再到完全液态钽的转变。利用我们从这些实验中获得的转变压力，以及之前关于钽的状态方程信息，我们还能够限制钽的熔化温度。”

虽然相关研究非常充分，但之前大量研究表明钽在高压下熔化曲线测量结果不一致。因此，对于该团队来说，能够解决材料研究中的争议是很重要的，这样就可以确保使用的是研究界公认的正确技术，且保证相应研究结果更好地为大家所认同。

来源：R. G. Kraus et al, Melting of Tantalum at Multimegabar Pressures on the Nanosecond Timescale, Physical Review Letters (2021). DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.255701