铁在压力下的变形方式：行星芯和更多弹性材料

时间：2022-04-26 10:25:03 来源：

通常，铁原子在一个立方体的中心和每个顶点（右）排列一个原子。在足够高的温度下，铁保持这种立方排列，在每个顶点处都有铁原子，但是六个立方体面（左）中的每个面（而不是中心）都没有一个铁原子。在足够高的压力下，铁原子的排列从立方体变成六边形（中间）。

新的研究可能会提供有关地球等行星形成的见解，并为设计更具弹性的材料提供信息。

铁是宇宙中最丰富的金属。它在地球核心形成了复杂的结构，产生了一个行星磁场，可以保护其表面上的生命免受太空辐射的影响。

为了了解铁和其他材料在行星芯的极端条件下的作用，科学家使用强大的激光束脉冲将冲击波发射到材料中并增加其压力和温度。

现在，一个国际科学家团队已经观察到在激光脉冲产生的快速冲击过程中铁的结构是如何变化的。铁原子响应这种极端冲击而重新排列的方式为诸如地球之类的行星的形成提供了新的见解，并可能为设计更具弹性的材料提供了信息。该小组由韩国首尔延世大学的科学家Yongjae Lee以及能源部（DOE）SLAC国家加速器实验室的科学家Eric Galtier和Hae Ja Lee领导，最近在《科学进展》杂志上发表了他们的研究结果。

在位于韩国浦项的PAL-XFEL进行的实验中，研究人员用持续仅几百皮秒或一万亿分之一秒的激光脉冲对铁样本进行了爆炸，产生了与陨石坠毁相媲美的力。地球表面。然后用更短的飞秒或十亿分之一秒的百万分之一的X射线脉冲探测该材料，以观察铁原子如何响应电击而重新排列。X射线探针的持续时间很短，以至于当冲击通过时，可以拍摄出材料状况的快照。这使研究人员可以将定格动画电影串在一起，以了解铁晶体结构在撞击时如何变形。

通常，铁原子在一个立方体的中心和每个顶点处排列有一个原子。在足够高的温度下，铁保持这种立方排列，每个顶点处都有铁原子，但六个立方体面中的每一个面都没有一个铁原子位于中心，而是一个铁原子。在足够高的压力下，铁原子的排列从立方体变成六边形。为了响应此实验中达到的高温和高压，研究人员观察到铁通过这些原子排列中的每一个而析出。接下来，他们计划在铁和其他材料的不同温度和压力下使用该技术，以更好地了解它们在冲击波引起的能量快速变化过程中的行为。

参考：“激光冲击铁中的亚秒级相变动力学”，H。Hwang，E。Galtier，H。Cynn，I。Eom，SH Chun，Y。Bang，GC Hwang，J。Choi，T。Kim，M。Kong， S.Kwon，K.Kang，Lee HJ Lee，C.Park，Lee JI，Lee Yongmoon Lee，W.Yang，S.-H. Shim，T.Vogt，Sangsoo Kim，J.Park，Sunam Kim，D.Nam，J.H.Lee，H.Hyun，M.Kim，T.-Y. Koo C.-C. Kao T.Sekine和Yongjae Lee，2020年6月5日，《科学进展》。
10.1126 / sciadv.aaz5132

该小组还包括劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员。亚利桑那州立大学；南卡罗来纳大学浦项加速器实验室和韩国韩国极地研究所；中国高压科学技术先进研究中心；日本的大阪大学这项工作得到了韩国科学，信息通信技术与未来计划部（MSIP）的首席研究员计划，国家核安全局以及美国能源部科学办公室的支持。

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