用SPring-8同步辐射研究流体水银的结构变化和金属-非金属转变

随着从液态到气态的连续体积膨胀,在临界点附近,典型的液态金属水银经历了金属-非金属(M-NM)转变。在SPring-8的BL04B1高温高压实验站,利用同步辐射白光,采用能量色散X射线衍射 (EDXD)方法,我们研究了流体水银从液体到稠密气态的宽广密度范围中的结构变化。实验方面,我们成功地开发出一个新的高压容器,它具有 7个出射窗口用于收集散射 X射线,测量的温度和压力上限分别是1700℃和2000 bar,适合于在高温和高压下对流体物质进行能量色散 X射线衍射测量。结果表明,流体水银的结构因子S(k)的精确性和可靠性有了很大的提高,并获得了流体水银的配位数和配位距离与密度变化之间的准确关系。我们发现,除了存在由配位数减少所导致的非均匀膨胀阶段之外,在水银的金属-非金属转变时还存在一新的均匀膨胀现象,即配位距离随密度减少呈线性增长阶段。基于这些新的结果,我们提出了流体水银的膨胀模型,并讨论了流体水银的金属-非金属转变与结构的关系。

纳秒级铝单丝电爆炸过程中金属态–非金属态转变研究

脉冲电流驱动金属丝负载从金属态到非金属态的转变对理解等离子体电热不稳定性的演化有重要意义。该文利用高时空分辨率诊断手段和磁流体力学数值模拟,开展铝丝和镀膜铝丝在纳秒级脉冲电流作用下金属态-非金属态的转变过程。基于Ioffel-Regel条件、金属化密度和电阻率温度系数等分析铝丝从金属态转变为非金属态的过程,确定了铝丝对电热不稳定性最不稳定的状态。铝丝和镀膜铝丝在电爆炸初始阶段经历了相似的相态演化,出现了由电热不稳定性引起的条纹结构。在电压击穿时刻,铝丝的电阻率远高于标准金属的电阻率。铝丝在电压击穿之前已经完成金属态-非金属态的转变。该结果能为电流驱动金属负载构型的电热不稳定性研究奠定基础。

氦热力学性质的分子动力学研究

利用经典分子动力学和第一性原理分子动力学,研究了氦在高压下的熔化曲线、状态方程和非金属-金属转变。得到了氦在温度小于4.5eV、密度0.3～5.0g/cm3范围内的状态方程,并把氦的熔化曲线的压强范围拓展到了50GPa。氦的能隙宽度曲线表明,温度大大降低了氦的金属化密度。