高壓物理

高壓物理（high pressure physics）是研究物質在高壓條件下的物理性質的學科。高壓物理學一般只研究凝聚態物質。高壓物理被劃為一門學科還因為高壓力的產生和高壓下各種物理行為的檢測，都需要發展特殊精巧的專門的實驗技術和方法。高壓下物質被壓縮，物理、化學性質會發生改變，還可能產生﹑形成或相變為尚未認識的結構。對物質高壓狀態的實驗室研究同時伴隨接近絕對零度到遠高於任何元素的熔點的溫度變化（在從液氦到10,000K的高溫）。

基本介紹

• 中文名：高壓物理
• 外文名：high pressure physics
• 概述：物理性質的學科
• 研究：一般只研究凝聚態物質

歷史沿革

20世紀以前的高壓實驗，由於受到技術設備的限制，只限於在3000大氣壓和溫度變化為200℃的範圍內進行，主要研究諸如液體的壓縮性、氣-液並存的臨界現象等巨觀物理現象。進入20世紀，美國物理學家P.W.布里奇曼進一步發展了高壓技術，大大地推動了高壓下的物性研究 。他廣泛地研究了固體的壓縮性，高壓下的熔化過程、力學性質和電阻率變化規律等。自20世紀50年代後，新的高壓技術為人工合成晶體（如金剛石等）創造了條件，而對高壓下物性的研究也從靜態研究發展到動態研究，並從巨觀深入到微觀，例如利用X射線的衍射和中子衍射研究高壓下的物質結構、高壓下固體中的電子過程，以及高壓拉曼散射、高壓核磁共振和高壓穆斯堡爾譜等。能獲得的靜態高壓可達百萬大氣壓，用爆炸法和飛片技術產生的動態高壓則可達數千萬大氣壓。

高壓下的物質

物質在高壓作用下，其物理性質和化學性質會發生巨大變化。例如在5.5萬大氣壓、1500℃溫度並有過渡族金屬存在的條件下，碳可轉變為金剛石；在70萬大氣壓下氫轉變為晶態金屬氫；金屬在高壓下會增加其延展性，鋼在1.5～2.0萬大氣壓下失去彈性而產生塑性形變；壓力對半導體的載流子密度和遷移率有顯著影響，因而高壓下半導體的電阻率將發生巨大變化，鍺在12萬大氣壓下改性為白錫結構，成為金屬導體，矽、Ⅲ-Ⅴ族化合物等都有類似情形；某些常溫下為絕緣體的物質（如碘）在高壓下變成金屬態 ，相反，某些常溫下的金屬（如鐿）在高壓下變成絕緣體，這可用能帶的交疊和脫離交疊來解釋；某些透明材料在高壓下會誘發對光譜的強烈吸收而變成不透明，等等。

意義

高壓物理學主要研究獲得高壓的技術、高壓下固體的狀態方程（等溫條件下的p-V關係）、高壓相變過程及機制、高壓下的光學過程、高壓下的物性及其套用、各種動態過程和高壓下的固體電子論等。高壓物理學已成為在極端條件下的固體物理學的一部分。高壓物理學在合成新材料、高壓加工、利用高壓相變的釋能效應獲得脈衝能源等方面有著廣闊的套用前景。