王碧涵 李冰 刘旭强 王毫 蒋升 林传龙‡ 杨文革

1) (北京高压科学研究中心,上海 201203)

2) (中国科学院上海应用物理研究所,上海 201203)

高压非平衡相变动力学过程依赖于温度、压强及加载速率,这要求在不同时间尺度内实现快速加载/卸载并进行快速数据采集.本文着重介绍了最近在上海同步辐射光源BL15U1 线站设计和发展的时间分辨X 射线衍射和快速动态加载金刚石对顶砧(dDAC)实验装置的最新进展.dDAC 采用气膜驱动和压电陶瓷驱动两种快速加载方式,在毫秒尺度内实现DAC 样品腔压强从常压加压到300 GPa(20 µm 金刚石台面)以上,并获得了毫秒尺度的时间分辨衍射数据.其中压电陶瓷驱动的dDAC 采用新设计的单、双筒驱动方式,具有加载压力大、压缩速率高等特点,加载速率可达13 TPa/s.在快速加压过程中,可同时连续采集X 射线衍射谱.探测器采用Pilatus 3X 900 K,帧频达500 Hz,实现了2 ms 时间分辨的X 射线衍射测量.毫秒时间分辨的X 射线衍射和高压快速加载装置丰富了BL15U1 线站的高压研究技术,拓展了线站开展超高压实验、非平衡相变动力学等科学研究的能力.

1 引言

压强作为热力学的基本物理参量之一,通过改变物质内部的原子间距、调制相邻电子轨道的重叠、电子自旋以及电子与声子相互作用等[1-5],进而改变其电子状态[6]、晶体结构[7]、及其物理化学性质,使得绝缘体和超导体[8]、无定形材料和晶体[9],离子和共价化合物[10]以及高化学活性和惰性化学材料之间的转变成为可能.在过去的十几年,高压科……