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Femtosecond diffraction studies of solid and liquid phase changes in shock-compressed bismuth.
Scientific Reports ( IF 3.8 ) Pub Date : 2018-Nov-16 , DOI: 10.1038/s41598-018-35260-3 M G Gorman 1, 2 , A L Coleman 1 , R Briggs 1, 2 , R S McWilliams 1 , D McGonegle 3 , C A Bolme 4 , A E Gleason 4, 5 , E Galtier 6 , H J Lee 6 , E Granados 6 , M Śliwa 3 , C Sanloup 7 , S Rothman 8 , D E Fratanduono 2 , R F Smith 2 , G W Collins 9 , J H Eggert 2 , J S Wark 3 , M I McMahon 1
Scientific Reports ( IF 3.8 ) Pub Date : 2018-Nov-16 , DOI: 10.1038/s41598-018-35260-3 M G Gorman 1, 2 , A L Coleman 1 , R Briggs 1, 2 , R S McWilliams 1 , D McGonegle 3 , C A Bolme 4 , A E Gleason 4, 5 , E Galtier 6 , H J Lee 6 , E Granados 6 , M Śliwa 3 , C Sanloup 7 , S Rothman 8 , D E Fratanduono 2 , R F Smith 2 , G W Collins 9 , J H Eggert 2 , J S Wark 3 , M I McMahon 1
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Bismuth has long been a prototypical system for investigating phase transformations and melting at high pressure. Despite decades of experimental study, however, the lattice-level response of Bi to rapid (shock) compression and the relationship between structures occurring dynamically and those observed during slow (static) compression, are still not clearly understood. We have determined the structural response of shock-compressed Bi to 68 GPa using femtosecond X-ray diffraction, thereby revealing the phase transition sequence and equation-of-state in unprecedented detail for the first time. We show that shocked-Bi exhibits a marked departure from equilibrium behavior - the incommensurate Bi-III phase is not observed, but rather a new metastable phase, and the Bi-V phase is formed at significantly lower pressures compared to static compression studies. We also directly measure structural changes in a shocked liquid for the first time. These observations reveal new behaviour in the solid and liquid phases of a shocked material and give important insights into the validity of comparing static and dynamic datasets.
中文翻译：
冲击压缩铋中固相和液相变化的飞秒衍射研究。
长期以来，铋一直是研究高压相变和熔化的典型系统。然而，尽管经过数十年的实验研究，Bi 对快速（冲击）压缩的晶格级响应以及动态发生的结构与慢速（静态）压缩期间观察到的结构之间的关系仍然不清楚。我们利用飞秒 X 射线衍射确定了冲击压缩 Bi 至 68 GPa 的结构响应，从而首次以前所未有的细节揭示了相变序列和状态方程。我们发现，冲击 Bi 表现出明显偏离平衡行为 - 没有观察到不相称的 Bi-III 相，而是观察到新的亚稳态相，并且与静态压缩研究相比，Bi-V 相是在明显较低的压力下形成的。我们还首次直接测量冲击液体中的结构变化。这些观察揭示了冲击材料固相和液相的新行为，并为比较静态和动态数据集的有效性提供了重要见解。
更新日期：2018-11-16
中文翻译：
冲击压缩铋中固相和液相变化的飞秒衍射研究。
长期以来，铋一直是研究高压相变和熔化的典型系统。然而，尽管经过数十年的实验研究，Bi 对快速（冲击）压缩的晶格级响应以及动态发生的结构与慢速（静态）压缩期间观察到的结构之间的关系仍然不清楚。我们利用飞秒 X 射线衍射确定了冲击压缩 Bi 至 68 GPa 的结构响应，从而首次以前所未有的细节揭示了相变序列和状态方程。我们发现，冲击 Bi 表现出明显偏离平衡行为 - 没有观察到不相称的 Bi-III 相，而是观察到新的亚稳态相，并且与静态压缩研究相比，Bi-V 相是在明显较低的压力下形成的。我们还首次直接测量冲击液体中的结构变化。这些观察揭示了冲击材料固相和液相的新行为，并为比较静态和动态数据集的有效性提供了重要见解。
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