今日最新Nature:壓縮后金剛石的亞穩定性研究

【引言】

碳是宇宙中第四大元素，對所有已知生命都是必不可少的。在地球上，碳可以以許多不同的同素異形體的存在，包括石墨、金剛石和富勒烯，而且長期以來一直預測，在壓力大于地球核心的壓力下，甚至可以存在更多的結構。同時已經預測行星系統中存在幾個階段，這對于精確模擬富碳系外行星內部非常重要。在實驗過程中，盡管可以通過沖擊壓縮獲得如此高的壓力，但根據對衰減的沖擊波中所表現出的熵變化的研究，這種高度熵的過程開始熔化高于0.6 TPa的金剛石。但是，近來已經開發了一種稱為斜波壓縮的新動態技術，其中與通過樣本的聲波傳播時間相比，樣本的壓縮時間更長，從而減少了耗散過程。但是，這些研究都沒有包括對結構的測量，實際上，由于在各相之間存在巨大的勢壘，因此在實驗室壓縮中金剛石是否，以及如何轉變是困難的問題。

近日，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)A. Lazicki（通訊作者）通過使用激光脈沖將固體碳壓縮到2TPa（2000萬個大氣壓；是地球壓力的五倍以上），并同時測量納秒持續時間的X射線衍射，發現固體碳保留了金剛石結構，遠遠超出其預期的穩定性。研究結果表明，在巨大的壓力下，金剛石仍然存在四面體分子軌道鍵，導致了很大的能量勢壘，阻礙了向更穩定的高壓同素異形體的轉化，正如亞穩金剛石的石墨在大氣下形成是受到運動阻礙一樣。這項工作使在任何材料上記錄X射線衍射的最高壓力幾乎翻倍。相關研究成果以“Metastability of diamond ramp-compressed to 2 terapascals”為題發表在Nature上。

【圖文導讀】

圖一、碳相圖總結了DFT-預測相邊界，沖擊壓縮數據和預測的熱力學路徑圖二、實驗數據總結

圖三、與理論預測數據的對比圖四、FC8和BC8晶體結構?文獻鏈接：“Metastability of diamond ramp-compressed to 2?terapascals”(Nature，2021，10.1038/s41586-020-03140-4)

本文由材料人CYM編譯供稿。歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

材料人投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaokefu 。