In situ observation of a first-order liquid-liquid transition in phosphorus

リンの一次液体-液体転移のその場観察

片山 芳則

Katayama, Yoshinori

最近、われわれはSPring-8の原研ビームラインBL14B1を用いた高温高圧X線回折その場観察法によって、液体リンの二つの特徴的な構造の間で急激な圧力誘起構造変化が起こることを世界で初めて見いだした。本講演では、この研究について紹介する。X線回折実験の解析から明らかにされた特徴、すなわち、リンに分子性液体と重合した液体の二つの特徴的な構造があること、その間で急激かつ可逆的な変化が起こること、変化の途中で二つの構造が共存することなどは、この変化が1次の液体-液体相転移であることを強く支持している。さらに、最近のわれわれのX線回折実験による融解曲線の決定と、X線吸収実験による密度測定から、この二つの液体相が実際に大きく異なった密度を持っていることが明らかとなった。また、より高圧では、液体ヒ素の構造に良く似ていることも明らかになった。

Recently, we have found a sharp pressure-induced structural change between two characteristic structures of liquid phosphorus by an in-situ high-temperature high-presusre x-ray diffraction method using a JAERI beamline, BL14B1, at SPring-8. Our observations --- existence of molecular and polymeric liquids, sharp and reversible change between them and coexistence of two structures during the change --- strongly support that the structural change is a first-order liquid-liquid phase transition. It has been confirmed that the two liquid phases have different densities by a determination of melting curve by x-ray diffraction and by a density measurement by means of x-ray absorption. The structure of liquid P under high pressure resembles that of liquid arsenic.