高壓X射線衍射的脈沖激光加熱方法

崔巍然 李曉東 宮 宇 李延春 楊棟亮 張俊然 徐逸軒

1（中國科學(xué)院高能物理研究所 北京 100049）

2（中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049）

激光加熱方法是同步輻射高壓X射線衍射（X-ray Diffraction，XRD）實(shí)驗(yàn)中常用的技術(shù)。早在1967年，就有科學(xué)家［1］提出用激光器對(duì)金剛石對(duì)頂砧壓腔（Diamond Anvil Cell，DAC）內(nèi)的樣品進(jìn)行加熱。1974年，研究人員使用激光加熱技術(shù)對(duì)組成地幔的一些硅酸鹽礦物進(jìn)行了研究［2］。從20世紀(jì)90年代開始，激光加熱DAC技術(shù)開始與同步輻射相結(jié)合［3］，被廣泛用于極端條件下材料結(jié)構(gòu)和物性的研究，例如地球和行星的內(nèi)部物質(zhì)的研究［4］、材料熔化特性［5］、相變研究［6］、P-V-T狀態(tài)方程［7］、高溫高壓合成［8］等。激光加熱DAC和同步輻射技術(shù)結(jié)合成為研究高溫高壓的有力工具，極大地促進(jìn)了物理學(xué)、化學(xué)、地球科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展［9-10］。

傳統(tǒng)的激光加熱高壓實(shí)驗(yàn)，是利用聚焦后的連續(xù)激光對(duì)DAC內(nèi)的樣品進(jìn)行持續(xù)照射。但在高壓實(shí)驗(yàn)中，連續(xù)激光加熱存在一個(gè)無法解決的缺點(diǎn)，即在激光的持續(xù)照射下，不僅樣品被加熱，樣品周圍的隔熱層、封墊甚至壓力加載機(jī)構(gòu)也會(huì)因?yàn)闊醾鲗?dǎo)和熱輻射而升溫。這種升溫不但會(huì)影響樣品腔內(nèi)材料及加壓機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性，還可能使樣品與周圍介質(zhì)和金剛石發(fā)生不必要的化學(xué)反應(yīng)，例如DAC中的鐵可能與金剛石的碳元素反應(yīng)而形成鐵碳化合物［11］；金剛石中的碳可能擴(kuò)散到樣品中引起不良的化學(xué)反應(yīng)［12］。近年開始逐漸成熟并獲得推廣的脈沖激光加熱（Pulsed Laser Heating，PLH）技術(shù)［13-15］，為解決上述缺陷提供了一個(gè)有效的途徑。……