科技日報(bào)記者 張夢然 實(shí)習(xí)生 周思彤
美國能源部SLAC國家加速器實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合多國團(tuán)隊(duì)通過超快激光加熱技術(shù)，將黃金加熱至熔點(diǎn)14倍以上其仍保持晶體結(jié)構(gòu)，一舉顛覆了長期以來的“熵突變”理論。該研究首次實(shí)現(xiàn)在極端高溫材料中對原子溫度的直接測量，顛覆了人們對物質(zhì)超熱現(xiàn)象的傳統(tǒng)認(rèn)知，相關(guān)成果發(fā)表在最新一期《自然》雜志上。
傳統(tǒng)理論認(rèn)為，超熱晶體存在“熵突變”臨界點(diǎn)，即當(dāng)晶體熵與液態(tài)熵相等時(shí)（約為熔點(diǎn)3倍），固體將喪失穩(wěn)定性。但此前，極熱物質(zhì)的溫度測量一直是學(xué)界難題，實(shí)驗(yàn)因材料在抵達(dá)該臨界點(diǎn)前就發(fā)生分解而無法驗(yàn)證這一理論。
研究團(tuán)隊(duì)利用斯坦福直線加速器中心的超短脈沖激光，以超過1015K/s的速率加熱50納米厚的多晶金箔；同時(shí)借助高分辨率非彈性X射線散射技術(shù)，通過探測樣本中原子振動速度直接測量離子溫度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃金在約19000K（相當(dāng)于14倍熔點(diǎn)）時(shí)仍保持固態(tài)。
實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵突破在于實(shí)驗(yàn)的超快時(shí)間尺度——在材料來不及膨脹的40飛秒內(nèi)完成測量。研究表明，這種極端加熱條件下，晶格無法顯著膨脹，消除了熵曲線交叉點(diǎn)，使超熱可能不存在上限。
該研究解決了長期以來測量極端溫度的難題，未來，該技術(shù)有望應(yīng)用于更多領(lǐng)域，如行星內(nèi)部物質(zhì)研究、慣性核聚變能源研究等。
