高压极端条件下材料非平衡过程的原位研究

Taking advantage of advanced synchrotron radiation techniques, perform systemically study on non-equilibrium process for several typical systems under high pressure extreme conditions. Combined synchrotron x-ray 3D micro tomography technique, x-ray diffraction technique, and high energy x-ray pair distribution function (PDF) method, investigate the following topics under high pressure in situ and in real time: crystallization process of amorphous Se, anomalous phase transition sequence of nano-structured Se, amorphization and re-crystallization of topological insulator of Bi2Se3 when pressure released, melting and solidification of gallium, structural transition of metallic glasses. The goal is to achieve information of the atomic pair distribution function in these system, and the competition relationship in real high pressure conditions. Using compression rate controllable high pressure and high temperature techniques, study the 3D density change and phase distribution and their time dependence behavior in these non-equilibrium process. Aim to obtain the comprehensive analysis of the structure change in the pressure-temperature-space-time domains for these systems in real application high pressure environments.

发挥同步辐射X射线高压下原位测量上的特长，对几种体系的非平衡过程在高压极端条件下开展深入研究。应用同步辐射X射线三维显微成像技术，X射线衍射，高能X射线径向分布函数PDF技术等高压下原位和实时测量手段，对压力下非晶Se的晶化过程，纳米材料Se的高压下异常相变过程，拓扑绝缘体材料Bi2Se3高压相在降压过程中非晶化转变，以及逐渐晶化过程，镓在高压和高温下的融化和凝固过程，二元和多元金属玻璃体系开展进一步的系统性的高压下结构研究，获得其高压下原子间径向分布函数演化信息，得到高压下相变在实际体系中的竞争关系。结合可控压缩速率的高压和高温技术，定量地研究压致晶化过程，再晶化过程，融化和凝固过程等典型体系在非平衡过程的三维密度涨落，和析出不同组分新相在材料中的三维分布信息等，以及时间演化的规律，为多类材料在实际的极端条件下的应用，提供全面的、重要的压力- - 温度- - 空间- - 时间的多维度的结构分析。

发挥同步辐射X射线高压下原位测量上的特长，对几种体系的非平衡过程在高压极端条件下开展深入研究。应用同步辐射X射线三维显微成像技术，X射线衍射，高能X射线径向分布函数PDF技术等高压下原位和实时测量手段，对镓在高压和高温下的融化和凝固过程，二元和多元金属玻璃体系开展进一步的系统性的高压下结构研究，获得其高压下原子间径向分布函数演化信息，定量地研究压致融化和凝固过程等典型体系在非平衡过程的结构演化，为多类材料在实际的极端条件下的应用，提供全面的、重要的高压下原位结构分析。在镓的高压下融体，以及几种典型金属玻璃非晶态之间的相变，结合计算模拟分析，发现非晶体类材料密度与分形维度的复杂依赖性。利用结构稳定的TiCu金属玻璃体系，首次在超过30GPa压力实验上发现了在实空间非整数分形维数的稳定性，改变该热点问题的理解。对单质镓在高压融化的行为研究发现，较软液体在高压下异常的特硬最紧邻团簇现象，提出其高压下熔化模型，澄清室温高压下镓是否存在可以检测到的液体到液体转变的长期难题。在镓的高压熔体中，发现独特多级分形行为，丰富了对非平衡体系高压下分形表征的研究深度和广度。首次发现溶质类稀土基金属玻璃高压导致的非晶到非晶转变，首次在稀土基金属玻璃中发现非4f电子导致的，由类5d电子局域化导致的非晶到非晶的转变等。这些研究结果促进了对高压下非平衡过程理解的深度。