金刚石胶囊可用于高压样品的环境分析

材料的高压相可以在环境压力下保存下来，方法是让气体材料扩散到玻璃碳中，然后再将碳粉碎成金刚石。这一过程使得现代材料科学中一些最重要的分析技术(如透射电子显微镜)对高压样品可行，甚至可能导致物质亚稳态高压相的应用。

高压物理学中最常用的工具是金刚石砧单元。尽管自20世纪50年代发明以来，它得到了巨大的改进，但它本质上仍然是一套巨大的胡桃夹子，其中一个样品被安装在两个楔形钻石之间的金属垫圈中，然后被挤压在一起。钻石砧单元施加的压力超过1兆帕斯卡(1000万倍大气压)，并产生了新型超导体、氦化合物和多种金属氢。然而，有一个问题是，对所得材料的分析必须通过钻石进行，这就排除了许多最先进的技术。

一种简单的解决方法是将这种材料放入另一种在压力下发生相变的材料中。然后，当外部压力被移除时，所研究的材料可能仍被困在内部。大自然本身就是这样做的:例如，钻石通常含有受压物质的内含物，尽管珠宝商认为它们存在缺陷，但它们可以包含有关它们形成的地球深处的条件的信息。因此，科学家们试图制造人造钻石和其他含有内含物的材料。然而，到目前为止，这被证明是不可能的:“如果你使用像石墨这样充满气体或液体的多孔材料，并试图合成钻石，你应该期望孔隙会关闭。但由于毛孔都被拉长了，并且彼此相连，所有被困住的气体或液体都会逸出。维塔利Prakapenka美国芝加哥大学教授。

温迪毛因此，斯坦福大学的美国和中国的同事们使用了玻璃碳——一种由许多破碎的富勒烯状碎片组成的非晶态材料。“在环境条件下，它不是很多孔，但在高压下，你可以开始向毛孔中挤压气体，”毛解释道。因此，研究人员使用金刚石和电池将玻璃碳样品在氩气和氖气中压缩到高达50GPa，然后使用红外激光加热材料，诱导转变为金刚石。当他们释放压力时，他们发现惰性气体的晶体形式以包裹体的形式保存了下来。

他们使用软x射线光谱和透射电子显微镜等技术分析了这些材料，这在以前是不可能的。毛解释说，该小组对这些材料的发现与之前的结果是一致的:“我们真的想证明这种策略，”她说。“如果我们在淬火材料中发现了一些真正奇怪的东西，那么人们就会说，‘好吧，你没有淬火在高压下发生的事情。研究人员现在希望他们使用以前不可行的技术的能力可以为材料提供真正的新见解，尽管她拒绝透露该小组的下一个目标是什么。

Prakapenka说:“这是一个非常好的发现。”他曾参与过几个类似的项目。“你可以在高压下合成许多独特的材料，但通常当你淬火时，它们又会变回来。”“然而，氢化物等材料在室温附近的高压下表现出超导性，可能会在这样的系统中保持在环境压力下。”