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【物理】高压——物质科学的一个新维度

发布时间:2013-10-29 00:00   点击数:

10月22日下午,来自华盛顿卡耐基研究院、阿贡国家实验室的武汉大学86级校友杨文革研究员为我院学子带来了一场名为“高压——物质科学的一个新维度”的讲座。杨文革研究员长期长期从事高压方面的工作,曾在Science、Nature、PRL等顶级期刊上发表论文。报告厅内人头攒动,同学们饶有兴趣地聆听杨研究员的讲解,沉浸在神奇的高压世界中。

“能回到母校进行讲座,我感到十分荣幸。”杨研究员饱含深情地说。对于校友的到来,在座各位同学都非常激动。奇妙的高压现象,为在场从事科研的老师和同学,带了新的灵感和契机。

为了说明高压研究的意义,杨研究员列举了高温高压技术在热门科学中的应用,如:生物抗压研究、地球内部物质状态、高温高压下生成超硬材料等。除了热门科学研究外,高压在基础实验研究中也有举足轻重的地位,包括高压形变实验、高压X光成像等。面对当下日益严重的环境问题,如“温室效应”导致的冰川消融、海平面上升等,高压研究为缓解“温室效应”提供了一个可行方案——高压封存CO­2

目前,常用的加压设备有手动加压、电机加压和气压加压三种。手动加压设备比较小巧、方便携带,可以将样品在实验室加压后,带到其他地方测试。电机加压设备一般较大,可以提供高达380Gpa的高压,但电机加压设备只能在实验室使用,不便于携带。气压加压设备加压效果则介于两者之间。有时候也可以将电机加压和手动加压结合,即先用电机对手动加压设备加压后,用螺丝固定,然后取出。

高压的基本概念和应用介绍完毕后,杨文革研究员接着深入分析了一下高压下物质特性变化的物理机制。在高压条件下,元素周期表中的元素特性将会发生改变,这主要是由于原子内部电子能级发生变化导致的。在高压下,一些原本不具有超导性能的元素,将获得超导性能,这为超导研究开辟了新的研究方向。研究表明,在压力足够大的情况下,元素周期表中的元素都将获得超导性能。另外,高压研究为解决一些悬而未决的难题提供了科学的理论依据。例如,对地球成像发现,地幔中铁元素越往下含量越多,地心内部全是铁元素,这个问题一直困扰着科学家。直到高压研究的深入,谜团才慢慢解开。原来铁元素在高压下,能在晶面间流动,越往地球内部,压力越大,因此铁元素含量也越多。

最后,杨研究员简要介绍了他研究的课题——同步辐射成像技术。同步辐射成像技术可用来制造高级光源。实现同步辐射成像的技术有如下四种:想干成像、布拉格成像、小角成像和LCLS成像。此外,杨研究员在非晶体材料、铝元素在高压下的相变也进行了较深入研究。通常情况下,非晶材料随温度不会发现相变,但在高压下,非晶材料由于长程拓扑有序变化,会导致非晶相变。目前,国内高压研究离发达国家水平还有相当大的差距,为了缩短差距,杨文革研究员回国参与筹备高压先进科研中心(HPSTAR),通过引进高科技人才,积极与国外实验室合作交流,努力把HPSTAR建设成国际压缩科研中心。

听完杨研究员的报告后,大家都觉得大开眼界,获益匪浅。在提问环节,同学们就高压下物性变化与海洋高压研究、非晶长程拓扑有序变化的机制以及铁元素通过晶界的物理解释向杨研究员提问,杨研究员均一一耐心解答。最后,杨文革研究员呼吁在座各位学子能拓宽视野,敢想敢做,用求知的态度去面对科研,以知识报国,以科研成果报国。

讲座在掌声中落下帷幕。

物理学院研究生会宣传部 李骏