X-ray structural studies on elemental liquids under high pressures

高圧下における元素液体のX線構造研究

片山 芳則; 辻 和彦*

Katayama, Yoshinori; Tsuji, Kazuhiko*

いくつもの元素液体の高圧におけるX線構造研究がレビューされる。シンクロトロン放射光源と大容量プレスを組合せることによって、数ギガパスカルまでの高圧下における構造のその場測定を行うことが可能になった。これらの測定から、液体アルカリ金属の圧縮は等方的であるのに対し、結合に共有的な要素を持った液体の圧縮はほとんどの場合、非等方的であることがあきらかになった。幾つかの元素では、異なった種類の体積依存性が異なった圧力領域で観察される。この振る舞いは液相を幾つかの領域にわけることが可能であることを示唆する。観察された構造変化のほとんどは連続的であるが、液体リンでは、約1GPa, 1050Cで、圧力幅0.05GPa以下で完了する急激な構造変化が観測された。この発見は1次の液体-液体相転移の存在を支持するものである。

X-ray structural studies on several elemental liquids under high pressure are reviewed. Combination of synchrotron radiation sources and large volume presses enables us to carry out in-situ structural measurements on liquids at high pressures up to several GPa. The measurements have revealed that compressions of liquid alkali metals are almost uniform, whereas those of liquids that have covalent components in bonding are mostly anisotropic. In some elements, different types of volume dependence of the nearest neighbour distances are observed in different pressure ranges. This behaviour suggests that the liquid phase can be divided in regions. Although most of the observed structural changes are continuous, a discovery of an abrupt structural change in liquid phosphorus, which is completed over a pressure range of less than 0.05 GPa around 1GPa and 1050 C, supports existence of a first-order liquid-liquid phase transition.