Des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont exploré le comportement à haute pression du tantale compressé par choc à l'Omega Laser Facility du Laboratoire d'énergie laser (LLE) de l'Université de Rochester. Les travaux ont montré que le tantale ne suivait pas les changements de phase prévus à haute pression et maintenait plutôt la phase cubique centrée sur le corps (BCC) jusqu'à la fusion.

Les résultats des travaux sont présentés dans un Lettres d'examen physique document et se concentre sur la façon dont les chercheurs ont étudié le comportement de fusion du tantale à des pressions de plusieurs mégabars à l'échelle de la nanoseconde.

"Ce travail fournit une meilleure intuition physique de la façon dont les matériaux fondent et réagissent dans des conditions aussi extrêmes, " a déclaré Rick Kraus, auteur principal de l'article. "Ces techniques et une base de connaissances améliorée sont maintenant appliquées pour comprendre comment les noyaux de fer des planètes rocheuses se solidifient et également à des matériaux plus pertinents sur le plan du programme."

Kraus a déclaré que la recherche avait réglé une controverse de longue date sur le diagramme de phase haute pression et haute température du tantale, montrant que BCC est la phase stable à haute pression et que la courbe de fusion est plus raide que de nombreuses mesures précédentes.

Au-delà de l'importance scientifique du diagramme de phase du tantale lui-même, ce travail fait partie d'un effort plus large pour développer des plateformes de compression dynamique pour contraindre avec précision les transitions de fusion et de solidification. Ces efforts permettent de garantir que les chercheurs simulent correctement ces transitions lorsqu'ils prédisent les résultats d'un événement dynamique tel que la formation d'un cratère d'impact ou l'accélération d'un ablateur au National Ignition Facility.

Ce travail représente une nouvelle frontière pour la caractérisation in-situ de matériaux dans des conditions extrêmes. Dans les expériences précédentes, la fusion sous compression de choc avait été déduite indirectement par des changements discontinus de la vitesse du choc ou des propriétés optiques. « Être capable de « regarder » la structure passer d'un solide à un liquide est extrêmement excitant, " ajoute Federica Coppari, co-auteur de l'étude.

Avec la détermination claire des chercheurs de la fonte dans des conditions aussi extrêmes et sur des expériences à court terme, l'équipe a aidé à contraindre le comportement dépendant du temps de la fusion et à découvrir que des expériences dynamiques telles que celles-ci observent la limite de phase d'équilibre.

Les expériences ont utilisé un seul faisceau du laser Omega pour générer une forte onde de choc dans l'échantillon de tantale. L'équipe a créé une source de rayons X à base de plasma pour les mesures de diffusion des rayons X en utilisant 12 autres faisceaux. Dans chaque expérience successive, l'équipe a augmenté la force de l'onde de choc dans l'échantillon, évaluer l'état du tantale à l'aide du diagnostic par diffraction des rayons X, appelé Powder X-Ray Diffraction Image Plate (PXRDIP).

"Nous avons observé une transition du solide BCC, à une phase mixte de BCC et de tantale liquide, au tantale complètement liquide, " Kraus a dit. " En utilisant les pressions de transition que nous avons obtenues à partir de ces expériences, et les informations d'équation d'état précédentes sur le tantale, nous avons également pu contraindre la température de fusion du tantale."

Le tantale a fait l'objet d'études considérables sous haute pression avec des mesures de courbe de fusion discordantes. "Par conséquent, il est important pour nous de pouvoir résoudre les controverses sur des matériaux hautement étudiés afin de pouvoir nous assurer que nous utilisons les bonnes techniques acceptées par la communauté des chercheurs, " il a dit.