德國、比利時及美國組成的研究團隊最近研發出一項新技術，能在實驗室內製造出前所未見的極高靜態壓力(static pressure)。他們的鑽石高壓砧(diamond-anvil cell)能產生高達640 GPa的壓力，較先前的記錄高出50%，也比實驗中的典型高壓多出150%。
材料在極高壓力下會表現出不同的行為，例如氧會呈現超導性，金屬則轉變為絕緣體。2007年的實驗發現，鈉金屬在200 GPa(大氣壓力的兩百萬倍)高壓的擠壓下會變得透明；理論學家亦預測氫元素在高壓下具有金屬性質。
鑽石為已知材料中最堅硬的物質之一，而鑽石高壓砧是利用兩片寶石級鑽石晶體來擠壓樣本。不過即使是鑽石，要產生高達250 GPa的靜態壓力也相當困難，而420 GPa以上的高壓則幾乎不可能。先前在實驗室產生超高壓力的作法是利用震波轟擊，但此方式有兩個問題：一是觀測時間僅數奈秒，再者震波轟擊除了產生高壓，還伴隨著大量熱，而由於固體經常會轉變成液體，要釐清壓力與熱的效應並不容易。這對研究地球核心內反應的地球物理學家而言尤其棘手，因為地心內部壓力超過350 GPa，而氣體巨行星(gas giant)更是高達700 GPa。
最近，德國拜羅伊特(Bayreuth)大學的Leonid Dubrovinsky以及Natalia Dubrovinskaia與比利時和美國的合作者改良了現行的鑽石高壓砧。有鑑於鑽石的碎裂會沿著劈裂面(cleavage plane)發生，而奈米微晶構成的鑽石則沒有定義良好的劈裂面，他們在2200 K、20 GPa的環境下將微小碳球製成直徑約12-20 μm的奈米微晶鑽石半球體，並藉此打造出雙級(two-stage)鑽石高壓砧。施壓處外部配置兩片寶石級鑽石平板以抵住半球的平坦面，樣品則置於半球的彎曲面之間，以利用曲面頂點的微小接觸面積施以最大壓力。該裝置優化後，能產生驚人的640 GPa高壓，讓研究人員得以測量此超高壓力下錸與金的狀態方程式。
Dubrovinskaia認為透過電腦自動控制可增進設備的壓力穩定度，並進一步提升輸出壓力，而另一可著手處則為材料自身的改良。如同其他多晶材料，奈米微晶鑽石的強度取決於奈米微粒的大小。他們認為此雙級鑽石高壓砧將有希望製造出1 TPa的超級高壓。詳見Nature Communications | DOI:10.1038/ncomms2160。
原始網站:http://nano.nchc.org.tw/
譯者:丁逸勳(台灣海洋大學材料工程研究所)
責任編輯:蔡雅芝