현장 싱크로트론 X에서 결정된 몰리브덴 상태의 열 방정식

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 19923(2016) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

여기서 우리는 레이저 가열 DAC와 싱크로트론 X선 회절의 통합 기술을 통해 Mo의 상태 방정식(EOS)을 얻었다고 보고합니다. Mo의 냉간 압축 및 열팽창은 각각 300K에서 최대 80GPa, 3470K에서 92GPa까지 측정되었습니다. PVT 데이터는 열 EOS 반전을 위해 열역학 및 Mie-Grüneisen-Debye 방법으로 처리되었습니다. 결과는 일관성이 있으며 Litasov 등의 정적 다중 앤빌 압축 데이터와 일치합니다. (J. Appl. Phys. 113, 093507 (2013)) 및 Zeng et al. (J. Phys. Chem. B 114, 298 (2010)). 이러한 높은 정밀도의 고압 및 고온(HPHT) 데이터는 먼저 저항 가열과 충격 압축 실험 사이의 격차를 보완하고 좁힙니다.

재료에 대한 고압적인 연구는 큰 열의를 불러일으켰고, 이를 통해 원자, 전자 구조를 조정하고 새로운 재료를 생산할 수도 있습니다. 압력 값은 샘플과 혼합되고 압력-체적-온도(PVT) 상태 방정식(EOS)이 잘 알려진 표준 물질의 회절선 이동에서 얻어야 합니다1. 가장 중요한 문제 중 하나는 특히 초고압 및 온도 조건에서 압력 값을 정확하게 추정하는 방법입니다2. 고체 재료에 대한 정확한 열 EOS는 극한 조건에서 상태 다이어그램 및 동적 반응에 대한 귀중한 정보를 직접 제공할 수 있습니다3,4. 지금까지 Ti, Ta, W 및 Fe와 같은 일부 전이 금속에 대한 정확한 열 EOS는 이론적 또는 실험적 방법으로 수행되었습니다. 신체 중심 입방체(bcc) 4d 전이 금속인 Mo는 용융 곡선과 고압 하에서의 고체-고체 상 전이에 초점을 맞춘 광범위한 이론 및 실험적 조사의 대상이었습니다7,8. 그러나 특히 실험적 회절 측정을 통해 결정된 Mo에 대한 PVT EOS 데이터는 거의 없습니다. 또한 X선회절(XRD) 연구를 통해 이론적 연구가 더욱 확증될 것으로 기대된다. 여기에서는 레이저 가열 DAC와 싱크로트론 XRD의 통합 기술을 통해 최대 100GPa 및 3000K의 Mo EOS를 얻었습니다.

압력 척도, EOS 형식, 압력 전달 매체(PTM), 특히 실험 방법 등 EOS 간에 불일치를 일으킬 수 있는 몇 가지 실험 요소가 있습니다. 이전 연구는 Mo의 EOS를 얻기 위한 충격파 실험이나 이론적 방법에 중점을 두었지만 지금까지 정적 실험은 거의 수행되지 않았습니다9,10,11,12,13. Zhao 등14 및 Litasov 등15이 보고한 최근 두 가지 정적 실험에서는 현장 싱크로트론 XRD 또는 중성자 회절 기술을 사용하여 Mo에 대한 PVT EOS를 측정했습니다. Zhao et al. NaCl을 압력 스케일로 하고 PTM14를 사용하여 최대 10 GPa 및 1475 K의 DIA 유형 입방형 앤빌 프레스로 얻은 것입니다. Litasovet al. Kawai 형 다중 앤빌 장치를 사용하여 수행된 PT 조건을 최대 31 GPa 및 1673 K까지 확장했습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 연구의 PT 범위는 레이저 가열 DAC(다이아몬드 앤빌 셀) 기술로 생성된 것보다 낮습니다. 현장 레이저 가열 DAC는 초고 PT 조건(P > 100 GPa, T > 1500 K)에 도달하기 위한 고유한 정적 기술이었으며 수많은 중요한 발견과 새로운 현상으로 이어졌습니다. 최근 싱크로트론 방사원과 함께 레이저 가열 DAC가 급속히 발전하여 EOS 측정을 위한 강력한 도구가 되었습니다. 그리고 양면 레이저 가열 기술을 도입하여 샘플 층의 축 온도 구배 문제를 해결했습니다.

이 작업에서는 더 높은 정밀도와 더 높은 PT 조건에서 Mo의 PVT EOS를 얻기 위해 양면 레이저 가열 DAC 기술과 통합된 현장 싱크로트론 XRD 측정을 수행했습니다. 더 나은 정수압 조건을 생성하기 위해 네온(Ne)이 PTM으로 사용되었습니다. 논란의 여지가 가장 적은 MgO 압력 스케일이 고압 및 온도에서 내부 표준으로 사용되었습니다. 고온 데이터는 열 EOS 반전을 위해 열역학 및 Mie-Grüneisen-Debye 방법으로 처리되었습니다. 더 높은 정밀도를 가진 현재 기술은 다중 모루 장치와 충격 압축 실험 사이의 데이터 격차를 보완합니다.