《利用皮秒超聲技術測量高壓下Fe和Fe-Si合金的聲速》是依託武漢理工大學，由徐豐擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：利用皮秒超聲技術測量高壓下Fe和Fe-Si合金的聲速
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：徐豐
- 依託單位：武漢理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鐵（Fe）是外地核的主要成分，而矽（Si）被認為是主要候選輕元素之一。迄今，Fe-Si合金體系在高壓下的性質表現還存在很大爭議。對高壓下物質的聲速進行研究是探索其內在性質變化的最有效方法之一。本項目將結合超短時間分辨泵浦探測技術-皮秒超聲技術和金剛石壓砧技術來測量純鐵Fe及Fe-Si合金在超高壓下的聲速。本項目將採取在待測樣品上鍍鋁膜作為光聲換能介質的方法，和在測量端採用麥可遜干涉儀的方法，來最大限度地提高對超音波的激發效率和測量精度。通過對回聲信號的時域分析，可以精確地測量聲速；通過對信號幅值以及波形的分析，待測材料的密度同樣可以被獲得。本項目擬將所得實驗數據與地震學提出的PREM模型進行比較，以期修定外地核中的Si含量。本項目所提出的高壓光聲測量方法，不僅有潛力套用於物理及地球科學的各個領域，而且其研究對象可以是任何透光或不透光的固體材料。
結題摘要
聲速的測量是研究物質內在彈性力學性質變化的最有效手段之一，而高壓下聲速的測量一直以來都是一個具有挑戰性的課題。在本項目的執行過程中，我們的工作可總結為四個方面：（1）利用一種先進的光學測量技術-皮秒雷射超聲技術（Picosecond laser ultrasonics，簡稱PLU），結合已廣泛得以套用的高壓裝置-金剛石壓腔技術（Diamond Anvil Cell，簡稱DAC），測量了高壓下矽的聲速，著重對Si-I相和Si-V相的聲速及相關彈性力學性質進行了詳細地分析。並且我們發現，聲速的變化趨勢與矽在高壓下的相變趨勢是相吻合的；（2）我們創新性地利用基於PLU技術的時間分辨布里淵散射測量手段，對高壓下NaCl-B1和NaCl-B2相中的縱波聲速以及彈性力學性質進行了完整地分析，實驗結果與理論計算以及文獻中關於B1相的結論都較為吻合；（3）對於矽鐵合金（Fe-Si），我們對其縱波聲速以及表面波的聲速均進行了測量，其中，高壓下表面波的研究是較為創新性的，但同時分析過程也比較複雜。這三個方面的實驗和理論計算數據都處於最後的分析整理階段，我們相信，相關結果將很快發表在國際高水平的科學雜誌上。（4）在常壓的條件下，將納米顆粒作為光聲換能器，利用創新的測量手段捕捉到了其在周圍透明介質中激發的窄頻超聲場，該方法對於我們後期在極小的金剛石壓腔中有效地激發超音波提供了切實的實驗和理論依據，該結果已發表在Phys.Rev.B上。
