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基于原位X射线衍射技术的动态晶格响应测量方法研究

李俊 陈小辉 吴强 罗斌强 李牧 阳庆国 陶天炯 金柯 耿华运 谭叶 薛桃

基于原位X射线衍射技术的动态晶格响应测量方法研究

李俊, 陈小辉, 吴强, 罗斌强, 李牧, 阳庆国, 陶天炯, 金柯, 耿华运, 谭叶, 薛桃
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  • 获取动态压缩条件下结构演化过程是冲击相变及其动力学机理研究最为关注的基础问题之一.对此,基于激光驱动瞬态X射线衍射技术,通过系列实验的物理状态关联和抽运-探测时序控制,实现了静态与动态晶格衍射信号的同时获取,消除了不同实验的装置结构和样品差异带来的测量误差,建立了一种基于原位X射线衍射技术的动态晶格响应测量方法.利用上述实验方法,成功实现了激光冲击加载下[111]单晶铁晶格压缩过程的原位测量,获取弹性及塑性响应的晶格压缩度与宏观雨贡纽测量结果完全符合,从晶格层面证实了超快激光加载下的高屈服强度(雨贡纽弹性极限值大于6 GPa),以及可能与晶向效应或加载率效应相关的相变迟滞现象(至终态压力23.9 GPa仍为体心立方结构),相关物理机制仍有待进一步研究.上述测量方法的建立为后续开展相变动力学机理研究提供了可行的技术途径和重要的参考价值.
      通信作者: 李俊, lijun102@caep.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:11602251,11302202)和科学挑战专题(批准号:JCKY2016212A501)资助的课题.
    [1]

    Barker L M, Hollenbach R E 1974 J. Appl. Phys. 45 4872

    [2]

    Erskine D J, Nellis W J 1992 J. Appl. Phys. 71 4882

    [3]

    Hicks D G, Boehly T R, Celliers P M, Bradley D K, Eggert J H, McWilliams R S, Jeanloz R, Collins G W 2008 Phys. Rev. B 7 78 174102

    [4]

    Jensen B J, Gray Ⅲ G T, Hixson R S 2009 J. Appl. Phys. 105 103502

    [5]

    Li J, Zhou X M, Li J B, Li S N, Zhu W J, Wang X, Jing F Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 6557 (in Chinese)[李俊, 周显明, 李加波, 李赛男, 祝文军, 王翔, 经福谦 2007 物理学报 56 6557]

    [6]

    Chen Y T, Tang X J, Li Q Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 046401 (in Chinese)[陈永涛, 唐小军, 李庆忠 2011 物理学报 60 046401]

    [7]

    Song P, Cai L C, Li X Z, Tao T J, Zhao X W, Wang X J, Fang M L 2015 Acta Phys. Sin. 64 106401 (in Chinese)[宋萍, 蔡灵仓, 李欣竹, 陶天炯, 赵信文, 王学军, 方茂林 2015 物理学报 64 106401]

    [8]

    Shen G Y, Sinogeikin S 2015 Rev. Sci. Instrum. 86 071901

    [9]

    Tateno S, Hirose K, Ohishi Y, Tatsumi Y 2010 Science 330 359

    [10]

    Anzellini S, Dewaele A, Mezouar M, Loubeyre P, Morard G 2013 Science 340 464

    [11]

    Ding Y, Ahuja R, Shu J F, Chow P, Lou W, Mao H K 2007 Phys. Rev. Lett. 98 085502

    [12]

    Xu J A, Wang Y Y, Xu M H 1980 Acta Phys. Sin. 29 1063 (in Chinese)[徐济安, 王彦云, 徐敏华 1980 物理学报 29 1063]

    [13]

    Wu X, Qin S, Wu Z Y, Dong Y H, Liu J, Li X D 2004 Acta Phys. Sin. 53 1967 (in Chinese)[巫翔, 秦善, 吴自玉, 董宇辉, 刘景, 李晓东 2004 物理学报 53 1967]

    [14]

    Yaakobi B, Boehly T R, Meyerhofer D D, Collins T J B 2005 Phys. Rev. Lett. 95 075501

    [15]

    Kritcher A L, Neumayer P, Castor J, Döppner T, Falcone R W, Landen O L, Lee H J, Lee R W, Morse E C, Ng A, Pollaine S, Price D, Glenzer S H 2008 Science 322 69

    [16]

    Kalantar D H, Belak J F, Collins G W, Colvin J D, Davis H M, Effert J H, Germann T C, Hawreliak J, Holian B L, Kadau K, Lomdahl P S, Lorenzana H E, Meyers M A, Rosolankova K, Schneider M S, Sheppard J, Stölken J S, Wark J S 2005 Phys. Rev. Lett. 95 075502

    [17]

    Swift D C 2008 Rev. Sci. Instrum. 79 013906

    [18]

    Johnson Q, Mitchell A 1972 Phys. Rev. Lett. 29 1369

    [19]

    Gupta Y M, Zimmerman K A, Rigg P A, Zaretsky E B, Savage D M, Bellamy P M 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 4008

    [20]

    Rigg P A, Gupta Y M 2001 Phys. Rev. B 63 094112

    [21]

    Turneaure S J, Gupta Y M, Rigg P 2009 J. Appl. Phys. 105 013544

    [22]

    Turneaure S J, Gupta Y M, Zimmerman K, Perkins K, Yoo C S, Shen G 2009 J. Appl. Phys. 105 053520

    [23]

    Gupta Y M, Turneaure S J, Perkins K, Zimmerman K, Arganbright N, Shen G, Chow P 2012 Rev. Sci. Instrum. 83 123905

    [24]

    Turneaure S J, Gupta Y M 2012 J. Appl. Phys. 111 026101

    [25]

    Kalantar D H, Chandler E A, Colvin J D, Lee R, Remington B A, Weber S V, Wiley L G, Hauer A, Wark J S, Loveridge A, Failor B H, Meyers M A, Ravichandran G 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 629

    [26]

    Kalantar D H, Bringa H, Caturla M, Colvin J, Lorenz K T, Kumar M, Stölken J, Allen A M, Rosolankova K, Wark J S, Meyers M A, Schneider M, Boehly T R 2003 Rev. Sci. Instrum. 74 1929

    [27]

    Hawreliak J A, Kalantar D H, Stölken J S, Remington B A, Lorenzana H E, Wark J S 2008 Phys. Rev. B 78 220101

    [28]

    Hawreliak J A, El-Dasher B S, Lorenzana H E 2011 Phys. Rev. B 83 144114

    [29]

    Milathianaki D, Swift D C, Hawreliak J A, El-Dasher B S, McNaney J M, Lorenzana H E, Ditmire T 2012 Phys. Rev. B 86 014101

    [30]

    Denoeud A, Ozaki M, Benuzzi-Mounaix A, Uranishi M, Kondo Y, Kodama R, Brambrink E, Ravasio A, Bocoum M, Boudenne J M, Harmand M, Guyot F, Mazevet S, Riley D, Makita M, Sano T, Sakawa Y, Inubushi Y, Gregori G, Koenig M, Morard G 2016 PNAS 113 7745

    [31]

    Gorman M G, Briggs R, McBride E E, Higginbotham A, Arnold B, Eggert J H, Fratandouno D E, Galtier E, Lazickl A E, Lee H J, Liermann H P, Nagler B, Rothkirch A, Smith R F, Swift D C, Collins G W, Wark J S, McMahon M I 2015 Phys. Rev. Lett. 115 095701

    [32]

    Kraus D, Ravasio A, Gauthier M, Gericke D O, Vorberger J, Frydrych S, Helfrich J, Fletcher L B, Schaumann G, Nagler B, Barbrel B, Bachmann B, Gamboa E J, Göde S, Granados E, Gregori G, Lee H J, Neumayer P, Schumaker W, Döppner T, Falcone R W, Glenzer S H, Roth M 2016 Nature Communications 7 10970

    [33]

    Wang H R, Xiao S L, Yang Q G, Ye Y, Li M, Li J, Peng Q X, Li Z R 2014 High Power Laser and Particle Beams 26 024004 (in Chinese)[王海容, 肖沙里, 阳庆国, 叶雁, 李牧, 李俊, 彭其先, 李泽仁 2014 强激光与粒子束 26 024004]

    [34]

    Smith R F, Eggert J H, Rudd R E, Swift D C, Bolme C, Collins G W 2011 J. Appl. Phys. 110 123515

    [35]

    Ashitkov S I, Zhakhovsky V V, Inogamov N A, Komarov P S, Agranat M B, Kanel G I 2017 AIP Conf. Proc. 1793 100035

    [36]

    Kadau K, Germann T C, Lomdahl P S, Holian B L 2002 Science 296 1681

    [37]

    Kadau K, Germann T C, Lomdahl P S, Holian B L 2005 Phys. Rev. B 72 064210

    [38]

    Kadau K, Germann T C, Lomdahl P S, Albers R C, Wark J S, Higginbotham A, Holian B L 2007 Phys. Rev. Lett. 98 135701

    [39]

    Zaretsky E B, Kannel G I 2015 J. Appl. Phys. 117 195901

    [40]

    Smith R F, Eggert J H, Swift D C, Wang J, Duffy T S, Braun D G, Rudd R E, Reisman D B, Davis J P Knudson M D, Collins G W 2013 J. Appl. Phys. 114 223507

  • [1]

    Barker L M, Hollenbach R E 1974 J. Appl. Phys. 45 4872

    [2]

    Erskine D J, Nellis W J 1992 J. Appl. Phys. 71 4882

    [3]

    Hicks D G, Boehly T R, Celliers P M, Bradley D K, Eggert J H, McWilliams R S, Jeanloz R, Collins G W 2008 Phys. Rev. B 7 78 174102

    [4]

    Jensen B J, Gray Ⅲ G T, Hixson R S 2009 J. Appl. Phys. 105 103502

    [5]

    Li J, Zhou X M, Li J B, Li S N, Zhu W J, Wang X, Jing F Q 2007 Acta Phys. Sin. 56 6557 (in Chinese)[李俊, 周显明, 李加波, 李赛男, 祝文军, 王翔, 经福谦 2007 物理学报 56 6557]

    [6]

    Chen Y T, Tang X J, Li Q Z 2011 Acta Phys. Sin. 60 046401 (in Chinese)[陈永涛, 唐小军, 李庆忠 2011 物理学报 60 046401]

    [7]

    Song P, Cai L C, Li X Z, Tao T J, Zhao X W, Wang X J, Fang M L 2015 Acta Phys. Sin. 64 106401 (in Chinese)[宋萍, 蔡灵仓, 李欣竹, 陶天炯, 赵信文, 王学军, 方茂林 2015 物理学报 64 106401]

    [8]

    Shen G Y, Sinogeikin S 2015 Rev. Sci. Instrum. 86 071901

    [9]

    Tateno S, Hirose K, Ohishi Y, Tatsumi Y 2010 Science 330 359

    [10]

    Anzellini S, Dewaele A, Mezouar M, Loubeyre P, Morard G 2013 Science 340 464

    [11]

    Ding Y, Ahuja R, Shu J F, Chow P, Lou W, Mao H K 2007 Phys. Rev. Lett. 98 085502

    [12]

    Xu J A, Wang Y Y, Xu M H 1980 Acta Phys. Sin. 29 1063 (in Chinese)[徐济安, 王彦云, 徐敏华 1980 物理学报 29 1063]

    [13]

    Wu X, Qin S, Wu Z Y, Dong Y H, Liu J, Li X D 2004 Acta Phys. Sin. 53 1967 (in Chinese)[巫翔, 秦善, 吴自玉, 董宇辉, 刘景, 李晓东 2004 物理学报 53 1967]

    [14]

    Yaakobi B, Boehly T R, Meyerhofer D D, Collins T J B 2005 Phys. Rev. Lett. 95 075501

    [15]

    Kritcher A L, Neumayer P, Castor J, Döppner T, Falcone R W, Landen O L, Lee H J, Lee R W, Morse E C, Ng A, Pollaine S, Price D, Glenzer S H 2008 Science 322 69

    [16]

    Kalantar D H, Belak J F, Collins G W, Colvin J D, Davis H M, Effert J H, Germann T C, Hawreliak J, Holian B L, Kadau K, Lomdahl P S, Lorenzana H E, Meyers M A, Rosolankova K, Schneider M S, Sheppard J, Stölken J S, Wark J S 2005 Phys. Rev. Lett. 95 075502

    [17]

    Swift D C 2008 Rev. Sci. Instrum. 79 013906

    [18]

    Johnson Q, Mitchell A 1972 Phys. Rev. Lett. 29 1369

    [19]

    Gupta Y M, Zimmerman K A, Rigg P A, Zaretsky E B, Savage D M, Bellamy P M 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 4008

    [20]

    Rigg P A, Gupta Y M 2001 Phys. Rev. B 63 094112

    [21]

    Turneaure S J, Gupta Y M, Rigg P 2009 J. Appl. Phys. 105 013544

    [22]

    Turneaure S J, Gupta Y M, Zimmerman K, Perkins K, Yoo C S, Shen G 2009 J. Appl. Phys. 105 053520

    [23]

    Gupta Y M, Turneaure S J, Perkins K, Zimmerman K, Arganbright N, Shen G, Chow P 2012 Rev. Sci. Instrum. 83 123905

    [24]

    Turneaure S J, Gupta Y M 2012 J. Appl. Phys. 111 026101

    [25]

    Kalantar D H, Chandler E A, Colvin J D, Lee R, Remington B A, Weber S V, Wiley L G, Hauer A, Wark J S, Loveridge A, Failor B H, Meyers M A, Ravichandran G 1999 Rev. Sci. Instrum. 70 629

    [26]

    Kalantar D H, Bringa H, Caturla M, Colvin J, Lorenz K T, Kumar M, Stölken J, Allen A M, Rosolankova K, Wark J S, Meyers M A, Schneider M, Boehly T R 2003 Rev. Sci. Instrum. 74 1929

    [27]

    Hawreliak J A, Kalantar D H, Stölken J S, Remington B A, Lorenzana H E, Wark J S 2008 Phys. Rev. B 78 220101

    [28]

    Hawreliak J A, El-Dasher B S, Lorenzana H E 2011 Phys. Rev. B 83 144114

    [29]

    Milathianaki D, Swift D C, Hawreliak J A, El-Dasher B S, McNaney J M, Lorenzana H E, Ditmire T 2012 Phys. Rev. B 86 014101

    [30]

    Denoeud A, Ozaki M, Benuzzi-Mounaix A, Uranishi M, Kondo Y, Kodama R, Brambrink E, Ravasio A, Bocoum M, Boudenne J M, Harmand M, Guyot F, Mazevet S, Riley D, Makita M, Sano T, Sakawa Y, Inubushi Y, Gregori G, Koenig M, Morard G 2016 PNAS 113 7745

    [31]

    Gorman M G, Briggs R, McBride E E, Higginbotham A, Arnold B, Eggert J H, Fratandouno D E, Galtier E, Lazickl A E, Lee H J, Liermann H P, Nagler B, Rothkirch A, Smith R F, Swift D C, Collins G W, Wark J S, McMahon M I 2015 Phys. Rev. Lett. 115 095701

    [32]

    Kraus D, Ravasio A, Gauthier M, Gericke D O, Vorberger J, Frydrych S, Helfrich J, Fletcher L B, Schaumann G, Nagler B, Barbrel B, Bachmann B, Gamboa E J, Göde S, Granados E, Gregori G, Lee H J, Neumayer P, Schumaker W, Döppner T, Falcone R W, Glenzer S H, Roth M 2016 Nature Communications 7 10970

    [33]

    Wang H R, Xiao S L, Yang Q G, Ye Y, Li M, Li J, Peng Q X, Li Z R 2014 High Power Laser and Particle Beams 26 024004 (in Chinese)[王海容, 肖沙里, 阳庆国, 叶雁, 李牧, 李俊, 彭其先, 李泽仁 2014 强激光与粒子束 26 024004]

    [34]

    Smith R F, Eggert J H, Rudd R E, Swift D C, Bolme C, Collins G W 2011 J. Appl. Phys. 110 123515

    [35]

    Ashitkov S I, Zhakhovsky V V, Inogamov N A, Komarov P S, Agranat M B, Kanel G I 2017 AIP Conf. Proc. 1793 100035

    [36]

    Kadau K, Germann T C, Lomdahl P S, Holian B L 2002 Science 296 1681

    [37]

    Kadau K, Germann T C, Lomdahl P S, Holian B L 2005 Phys. Rev. B 72 064210

    [38]

    Kadau K, Germann T C, Lomdahl P S, Albers R C, Wark J S, Higginbotham A, Holian B L 2007 Phys. Rev. Lett. 98 135701

    [39]

    Zaretsky E B, Kannel G I 2015 J. Appl. Phys. 117 195901

    [40]

    Smith R F, Eggert J H, Swift D C, Wang J, Duffy T S, Braun D G, Rudd R E, Reisman D B, Davis J P Knudson M D, Collins G W 2013 J. Appl. Phys. 114 223507

  • [1] 王玲, 王河锦, 李婷. 锐钛矿金红石的高温原位X射线衍射研究. 物理学报, 2013, 62(14): 146402. doi: 10.7498/aps.62.146402
    [2] 王文魁, 白海洋, 陈红, 张云. Fe-Ti多层调制膜固态反应扩散的动态原位法X射线衍射研究. 物理学报, 1993, 42(7): 1134-1140. doi: 10.7498/aps.42.1134
    [3] 白海洋;陈红;张云;王文魁. Fe-Ti多层调制膜固态反应扩散的动态原位法X射线衍射研究. 物理学报, 1991, 40(7): 1134-1140. doi: 10.7498/aps.40.1134
    [4] 杨平. 均匀弯曲硅单晶X射线衍射行为. 物理学报, 1992, 41(2): 267-271. doi: 10.7498/aps.41.267
    [5] 何贤昶, 吴自勤, 赵特秀, 吕智慧, 王晓平, 孙国喜. 多孔硅层晶格畸变的X射线双晶衍射研究. 物理学报, 1993, 42(6): 954-962. doi: 10.7498/aps.42.954
    [6] 周国良, 田亮光, 朱南昌, 陈京一, 李润身, 许顺生. 高完整GexSi1-x/Si应变超晶格的X射线双晶衍射研究. 物理学报, 1991, 40(3): 441-448. doi: 10.7498/aps.40.441
    [7] 周国良, 盛篪, 蒋维栋, 俞鸣人, 沈孝良. GexSi1-x/Si超晶格的X射线小角衍射分析. 物理学报, 1991, 40(1): 56-63. doi: 10.7498/aps.40.56
    [8] 赵庆兰, 黄依森. 三羟甲基甲胺单晶缺陷的X射线衍射形貌研究. 物理学报, 1990, 39(9): 1418-1423. doi: 10.7498/aps.39.1418
    [9] 徐政, 赵小如, 吴文彬, 孙学峰, 汪良斌, 周贵恩, 李晓光, 张裕恒. Bi2Sr2CaCu2Oy单晶调制结构的X射线衍射研究. 物理学报, 1996, 45(9): 1578-1585. doi: 10.7498/aps.45.1578
    [10] 陈正豪, 谈国太. La1-xTexMnO3晶格结构的X射线粉末衍射分析. 物理学报, 2007, 56(3): 1702-1706. doi: 10.7498/aps.56.1702
    [11] 朱南昌, 李润身, 许顺生. 半导体应变超晶格结构与界面的X射线双晶衍射研究. 物理学报, 1991, 40(3): 433-440. doi: 10.7498/aps.40.433
    [12] 孙云, 王圣来, 顾庆天, 许心光, 丁建旭, 刘文洁, 刘光霞, 朱胜军. 利用高分辨X射线衍射研究磷酸二氢钾晶体晶格应变应力. 物理学报, 2012, 61(21): 210203. doi: 10.7498/aps.61.210203
    [13] 李建华, 麦振洪, 崔树范. 应变弛豫InGaAs/GaAs超晶格的X射线双晶衍射及形貌研究. 物理学报, 1993, 42(9): 1485-1490. doi: 10.7498/aps.42.1485
    [14] 郝建民, 张世敏, 陈济舟. 子晶格干涉畴尺寸不同对X射线衍射积分宽度与积分强度的影响. 物理学报, 1994, 43(5): 772-778. doi: 10.7498/aps.43.772
    [15] 王玉田, 庄岩, 江德生, 杨小平, 姜晓明, 武家杨, 修立松, 郑文莉. 双势垒超晶格结构的同步辐射及X射线双晶衍射研究. 物理学报, 1996, 45(10): 1709-1716. doi: 10.7498/aps.45.1709
    [16] 王文魁, 汪卫华, 白海洋, 陈红, 张云. Ni在非晶Si中扩散机制的原位X射线衍射研究. 物理学报, 1993, 42(9): 1505-1509. doi: 10.7498/aps.42.1505
    [17] 梁敬魁, 易孙圣. α-LiIO3单晶体在静电场作用下X射线双晶衍射的研究. 物理学报, 1978, 27(2): 126-136. doi: 10.7498/aps.27.126
    [18] 赵庆兰, 黄依森. 邻苯二甲酸氢钾(KAP)单晶中包裹物的X射线衍射形貌衬度. 物理学报, 1989, 38(7): 1134-1139. doi: 10.7498/aps.38.1134
    [19] 卢云锦, 杨星水, 赵骥万, 王桂琴, 张世远, 刘长清. 添加剂(2Fe)·(Sn)对SmCo5永磁体X射线衍射相对强度I200/I111影响的研究. 物理学报, 1982, 31(4): 467-473. doi: 10.7498/aps.31.467
    [20] 胡志伟, 李锐鹏, 王 劼, 李红红, 郭玉献, 王 锋. 软x射线磁性圆二色吸收谱研究铁单晶薄膜的面内磁各向异性. 物理学报, 2005, 54(8): 3851-3855. doi: 10.7498/aps.54.3851
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-02-14
  • 修回日期:  2017-04-24
  • 刊出日期:  2017-07-05

基于原位X射线衍射技术的动态晶格响应测量方法研究

  • 1. 中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室, 绵阳 621900
  • 通信作者: 李俊, lijun102@caep.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:11602251,11302202)和科学挑战专题(批准号:JCKY2016212A501)资助的课题.

摘要: 获取动态压缩条件下结构演化过程是冲击相变及其动力学机理研究最为关注的基础问题之一.对此,基于激光驱动瞬态X射线衍射技术,通过系列实验的物理状态关联和抽运-探测时序控制,实现了静态与动态晶格衍射信号的同时获取,消除了不同实验的装置结构和样品差异带来的测量误差,建立了一种基于原位X射线衍射技术的动态晶格响应测量方法.利用上述实验方法,成功实现了激光冲击加载下[111]单晶铁晶格压缩过程的原位测量,获取弹性及塑性响应的晶格压缩度与宏观雨贡纽测量结果完全符合,从晶格层面证实了超快激光加载下的高屈服强度(雨贡纽弹性极限值大于6 GPa),以及可能与晶向效应或加载率效应相关的相变迟滞现象(至终态压力23.9 GPa仍为体心立方结构),相关物理机制仍有待进一步研究.上述测量方法的建立为后续开展相变动力学机理研究提供了可行的技术途径和重要的参考价值.

English Abstract

参考文献 (40)

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