物理科技生物学-PHYICA

科学家揭示了被加热到极端温度的物质的超快熔化动力学

物理学 2023-03-10 17:00:44

GIST(光州科技学院) 热致密铜电子的飞秒x光快照揭示了十年前预测的难以捉摸的现象

学分:光州科技学院 普通物质在极端温度和压力下的表现非常不同,比如恒星和行星核心内部的情况

凝聚态物理和等离子体物理的常规规则不适用于这种情况

特别是,一种被称为“热致密物质”(WDM)的极端状态跨越了凝聚态物理和等离子体物理的边界

有人可能会认为,这样的状态永远不可能在地球上创造出来

但是,事实上,只有几飞秒(10-15秒,或几十亿分之一秒)长的短激光脉冲足够强,可以在实验室里重现这种情况

描述这种状态的传统物理模型通常假设电子被激光脉冲激发,在几十飞秒内达到平衡,而离子保持“冷”

然而,这样做时,电子的非平衡动力学被完全忽略了

为了探索极端条件下的这种非平衡动力学,由韩国光州科学技术研究所的Byoung Ick Cho副教授领导的研究小组研究了利用强激光脉冲产生的铜的WDM状态

光脉冲激发产生了温度约为20,000 K的铜电子,这与巨型行星的核心相似

然后,就在铜样品即将熔化的时候,研究人员使用来自x光自由电子激光器(XFEL)的超快x光脉冲拍摄了电子的快照

这使得他们能够分析贵金属,如铜,当它们的成键电子被高度激发并且金属即将熔化时会发生什么

这项研究的结果发表在《物理评论快报》上

一个显著的观察结果是,当快速加热时,铜原子之间的键首先硬化约万亿分之一秒(1012秒),然后熔化

简单来说,样品在变成液体之前先凝固

该团队进行了详细的理论分析,并得到了模拟的支持,模拟结果显示,虽然一些电子在如此高的温度下被激发出更高的能量,但一些电子对原子核的吸引力更强

“事实上,这种现象在大约十年前就已经被预测到了,但我们现在已经设法第一次直接观察到了它,”教授评论道

中国仓鼠卵巢(Chinese hamster ovary的缩写)

“这可以提高我们对极端条件下特殊材料特性及其潜在机制的理解

" 这些发现可以应用于材料承受极高压力和温度的环境中

“通过捕捉材料开始熔化或蒸发的精确时刻,我们可以产生物质或能量的新阶段,这将与聚变、激光加工甚至纳米外科手术等领域相关,”教授推测道

中国仓鼠卵巢(Chinese hamster ovary的缩写)

谁能想到了解恒星内部会有如此实际的地球应用?

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