劳伦斯利弗莫尔国家实验室团队利用精密定时激光脉冲，在类巨行星内部条件下捕获了黄金原子尺度的结构快照。

研究人员以迄今实验室实现的最高压力对黄金原子结构变化进行了最精细观测。这项新发现为理解物质在巨行星深处及核聚变研究高压环境中的行为提供了珍贵见解。

该实验由劳伦斯利弗莫尔国家实验室主导，多家机构合作完成。通过将黄金压缩至约等于地球大气压1000万倍的压力，团队创造了该材料有史以来最高压力的结构测量纪录。这些观测结果解决了关于黄金在极端压缩下行为的长期争议，并优化了其作为高压科学参照材料的应用价值。

“这些实验揭示了实验室可达到的极端压力下的原子重构过程。”LLNL科学家、论文作者艾米·科尔曼表示。

极端压缩下的黄金微观探秘

巨行星内部压力可超地球大气压百万倍，迫使物质形成非常规原子排列。在地球复现此环境需能产生高强度精密能量脉冲的装置。

为达到目标压力区间，研究人员使用了罗切斯特大学国家点火装置和OMEGA EP激光系统的定制激光脉冲。这些脉冲在快速压缩黄金样品的同时保持较低温度，使金属维持固态。团队随后通过X射线衍射在十亿分之一秒内捕获原子尺度快照。

科尔曼指出：“直到近年，NIF等装置才兼具产生此等压力与记录样本内部原子变化的能力。”她强调这是首次明确观测极端压缩下黄金的晶体结构，结果“终于消弭了理论与实验间的长期分歧”。

常态下黄金原子呈面心立方结构 —— 原子位于立方体角点及各面中心。该结构在极大压力范围内保持稳定，但理论模型对其失效临界点存在争议。新测量表明，FCC结构稳定存在的压力上限达地核压力的两倍，远超部分预测值。

黄金相变现象显现

在更极端压力下，研究人员首次观察到结构转变迹象：部分原子重排为体心立方结构（原子仅位于立方体角点及几何中心）。关键在于，原始FCC结构并未完全消失。实验数据显示，在达到的极限压力下两种结构实际共存。

这种相共存现象清晰展现了黄金结构转变过程，同时凸显了在此类压力下精确测温的重要性。科尔曼表示：“实验将黄金结构测量推进至太帕斯卡量级，亟需温度诊断技术以精确界定相变边界。”

理解该转变具有现实意义。因化学性质稳定且易被X射线检测，黄金被广泛用作压力校准物。其低压行为已充分掌握，但极端压力下的数据偏差会影响其他实验精度。科尔曼补充：“精确掌握黄金行为特征，可确保以其为校准物的实验 —— 从行星内核研究到新材料设计 —— 均建立在坚实可靠的理论基础上。”

此项研究为未来高压研究夯实基础，显著提升了行星内部环境与高能物理实验的可信度。

该成果已发表于《物理评论快报》。

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