Anharmonicity-induced first-order isostructural phase transition of zirconium under pressure

Abstract

We have performed a detailed x-ray diffraction structural study of Zr under pressure and unambiguously identify the existence of a first-order isostructural bcc-to-bcc phase transition near 58 GPa. First-principles quantum molecular dynamics lattice dynamics calculations support the existence of this phase transition, in excellent agreement with experimental results, triggered by anharmonic effects. Our results highlight the potential ubiquity of anharmonically driven isostructural transitions within the periodic table under pressure and calls for follow-up experimental and theoretical studies.

Melting and refreezing of zirconium observed using ultrafast x-ray diffraction

“…The melting line of Zr, under static high-pressure conditions, was determined in this paper using a laser-heated diamond-anvil cell) with micron-spatial resolution and a wellestablished time-resolved approach [19,20]. Details about the loading procedure, pressure determination, and temperature measurement can be found elsewhere [21,22]. The experimental results are shown in Fig.…”

Откольная Прочность Ударно-Разогретого Циркония И Фазовая Диаграмма В Области Существования Его Полиморфных Модификаций Высокого Давления

“…Заметим далее, что построение полуэмпирических уравнений состояния циркония и соответствующие линии равновесия фаз циркония до высоких давлений и температур, где происходят α-Zr ↔ ω-Zr ↔ β-Zr полиморфные превращения этого металла предпринимались ранее в [12,13]. Однако представляется, что в настоящее время следует принимать во внимание результаты работ [11,14], в которых обсуждается изоструктурный переход циркония β-Zr ↔ β ′ -Zr на комнатной изотерме при давлении 56−58 GPa. Действительно, согласно [14] линия равновесия β-Zr ↔ β ′ -Zr заканчивается критической точкой при давлении ∼ 50 GPa и температуре ∼ 700 K. Но это означает, что часть экспериментальных точек ударной адиабаты циркония принадлежат надкритической изоструктурной фазе β ′ -Zr.…”

“…Однако представляется, что в настоящее время следует принимать во внимание результаты работ [11,14], в которых обсуждается изоструктурный переход циркония β-Zr ↔ β ′ -Zr на комнатной изотерме при давлении 56−58 GPa. Действительно, согласно [14] линия равновесия β-Zr ↔ β ′ -Zr заканчивается критической точкой при давлении ∼ 50 GPa и температуре ∼ 700 K. Но это означает, что часть экспериментальных точек ударной адиабаты циркония принадлежат надкритической изоструктурной фазе β ′ -Zr. Поэтому в данной работе уточнение величин υ x для фаз высокого давления производился из условия наилучшего совпадения между их расчетными и экспериментальными ударными адиабатами, а не с изотермами высокого давления.…”

“…6 на рис. 7) оказывается равным T s h = 1268 K. Как видно точка (T s h , P s h ) расположена существенно выше критической точки 7 линии равновесия 8 изоструктурного перехода из [14].…”

“…Фазовая диаграмма циркония в координатах давление R-температура T . 1 -линии равновесия α-, ω-, β-Zr-фаз, рассчитанные в данной работе, 2 -экспериментальные точки температуры и давления фазового перехода ω-Zr ↔ β-Zr из[16], 3 -расчетная ударная адиабата циркония, пересекающая линии равновесия фазовых превращений, 4 -давление и температура фазового превращения ударно-сжатого циркония из[7], 5 -линии равновесия циркония из[16], 6 -состояние (Psh, Tsh) ударно-сжатого циркония в экспериментах данной работы, 7 -критическая точка линии равновесия изоструктурного перехода[14], 8 -расчетная линия равновесия изоструктурного перехода β-Zr ↔ β ′ -Zr[14], 9 -расчетная изэнтропа разгрузки β-Zr, 10 -область аморфного циркония am-Zr из[16], 11 -состояние (Ps , Ts ) метастабильной фазы β-Zr в области растяжения (стрелками обозначен путь ударноволнового сжатия и последующей разгрузки). А.М.…”