Os pesquisadores do Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) exploraram o comportamento de alta pressão do tântalo comprimido por choque nas instalações de laser Omega do Laboratório de Energética do Laser (LLE) da Universidade de Rochester. O trabalho mostrou que o tântalo não seguiu as mudanças de fase previstas em alta pressão e, em vez disso, manteve a fase cúbica centrada no corpo (BCC) até a fusão.

Os resultados do trabalho são apresentados em um Cartas de revisão física e se concentra em como os pesquisadores estudaram o comportamento de derretimento do tântalo em pressões multi-megabar na escala de tempo de nanossegundos.

"Este trabalho fornece uma intuição física aprimorada de como os materiais derretem e respondem em tais condições extremas, "disse Rick Kraus, autor principal do artigo. "Essas técnicas e a base de conhecimento aprimorada estão agora sendo aplicadas para entender como os núcleos de ferro dos planetas rochosos se solidificam e também para materiais mais relevantes do ponto de vista programático."

Kraus disse que a pesquisa resolveu uma controvérsia de longa data sobre o diagrama de fase de alta pressão e alta temperatura do tântalo, mostrando que BCC é a fase estável em altas pressões e a curva de fusão é mais íngreme do que muitas medições anteriores.

Além da importância científica do diagrama de fases do próprio tântalo, este trabalho é parte de um esforço mais amplo para desenvolver plataformas de compressão dinâmica para restringir com precisão as transições de fusão e solidificação. Esses esforços ajudam a garantir que os pesquisadores estejam simulando essas transições corretamente ao prever os resultados de um evento dinâmico, como a formação de uma cratera de impacto ou a aceleração de um ablator na National Ignition Facility.

Este trabalho representa uma nova fronteira para a caracterização in-situ de materiais sob condições extremas. Em experimentos anteriores, a fusão sob compressão de choque foi inferida indiretamente por mudanças descontínuas na velocidade de choque ou nas propriedades ópticas. "Ser capaz de 'assistir' a transformação da estrutura de sólido em líquido é extremamente emocionante, "acrescenta Federica Coppari, co-autor do estudo.

Com a clara determinação do derretimento dos pesquisadores em tais condições extremas e em experimentos de curto prazo, a equipe ajudou a restringir o comportamento dependente do tempo de fusão e descobrir que experimentos dinâmicos como esses estão observando o limite da fase de equilíbrio.

Os experimentos usaram um único feixe do laser Omega para gerar uma forte onda de choque na amostra de tântalo. A equipe criou uma fonte de raios-X baseada em plasma para as medições de espalhamento de raios-X usando outros 12 feixes. Em cada experiência sucessiva, a equipe aumentou a força da onda de choque na amostra, avaliar o estado do tântalo usando o diagnóstico de difração de raios-X, chamada Placa de Imagem de Difração de Raios-X em Pó (PXRDIP).

"Observamos uma transição do BCC sólido, a uma fase mista de BCC e tântalo líquido, ao tântalo completamente líquido, "Kraus disse." Usando as pressões de transição que obtivemos desses experimentos, e informações de equação de estado anteriores sobre tântalo, também conseguimos restringir a temperatura de derretimento do tântalo. "

Tântalo tem visto um tremendo estudo sob alta pressão com medições discrepantes da curva de fusão. "Portanto, é importante para nós sermos capazes de resolver controvérsias em materiais altamente estudados para que possamos garantir que estamos usando as técnicas corretas que são aceitas pela comunidade de pesquisa, " ele disse.