高压物理学

       高压物理学(high pressure physics)是研究物质在高压作用下物理 行为的学科。高压是一种极端条件，泛指一切高于常压的压力条件。但有两点需作说明:一是高压物理研究往往伴随着温度的变化(高温或低温);二是在进行这一研究时有时也可能得到受压物质在负压下物理行为 的信息。高压物理的研究对象多数是凝聚态物质，所以高压物理学实际上主要是指在高压这种极端条件下的凝聚态物理学。高压物理被划为一门学科还因为高压力的产生和高压下各种物理行为的检测，都需要发展特殊精巧的专门的实验技术和方法。高压下物质被压缩，物理、化学性质会发生改变，还可能产生﹑形成或相变为尚未认识的结构。对物质高压状态的实验室研究同时伴随接近绝对零度到远高于任何元素的熔点的温度变化(在从液氦到10,000K的高温)。作为"极端条件"的高压，其实在天体中是普遍存在的，从这种意义上讲，它并不极端。自然界中绝大部分实体物质处于高压状态(如地球的中心压力为350吉帕，太阳中心压力为10吉帕，中子星的中心压力为10吉帕)。高压科学将是人类认识自然及开启宇宙之门的钥匙。高压科学在拓宽的研究领域中的作用不亚于与温度有关的学科，或不亚于与成分有关的学科。

       最早的高压物理实验可追溯到1762年J.坎顿对水的压缩实验。直至19世纪末，阿马伽创建了活塞式压力计并打下了压力计量基础以前，高压试验基本上仅限于对液体压缩性的观察。接着，G.塔曼利用体积随压力变化时所出现的不连续现象以测定固体的熔点与相变点，开创了高压相变的研究。T.理查兹于1903年改进压缩率的测量方法，证实原子的可压缩性。在以上的近150年间，高压物理一直是在0.5吉帕以内的范围中进行的，这是高压物理的草创时期。1906年以后，P.布里奇曼大大推动了高压试验技术的发展，并对固体的压缩性、熔化现象、力学性质、相变、电阻变化规律、液体的黏度等宏观物理行为的压力效应进行极为广泛地系统研究。他的工作奠定了现代高压物理的技术基础，开创了现代高压物理研究的先河，他因为对高压现象的前驱性研究获得了1946年的诺贝尔物理学奖。R.雅格布(1938)、A.劳孙发展了高压下物质X射线结构分析技术;劳孙与N.纳赫特里布(1952)研究固体中原子扩散的高压效应。这样就初步形成了以原子行为为基础的高压物理的研究内容。

       20世纪50年代，为合成地质上与工业上有意义的人工晶体，如石榴石、蓝晶石、金刚石等，又发展了新的高压实验技术。高压下的固体物理研究则开始从侧重固体的宏观热力学性质深入到研究固体中的相互作用与电子运动规律等的压力效应。H.德里卡莫研究了高压固体光学性质，开辟了高压下固体的电子谱、碱金属卤化物的色心和杂质光谱、络合物与螯合物中过渡金属的离子光谱、稀土盐类光谱、有机化合物的R电子谱以及荧光衰减等的电子过程和相变动力学的高压研究。高压中子衍射、高压核磁共振、高压穆斯堡尔谱等研究也相应开展起来。与此同时，由于利用冲击波技术而发展起来的动态高压技术，则从一般的接触爆炸技术发展到飞片技术，又研制成功了新的轻气炮技术等，使压力达到数百万大气压以上。这是高压物理较迅速发展的时期。

       到20世纪70年代，激光技术、同步辐射以及金刚石压砧型高压技术的出现和提升，推动了高压下固体拉曼散射、布里渊散射、快速X射线结构测定等技术的发展，用于揭示固体中的相互作用、运动模式、相变机制等研究。静态高压技术突破了百万大气压(100吉帕);动态高压技术又通过地下核爆、电炮、磁通压缩、轨道炮、脉冲强激光等新技术的发展，把压力进一步提高到数千万大气压(太帕量级)，并且取得一批固体材料的压缩性数据。

       高压科学现已取得了相当大的进展。毛河光等将以金刚石压砧为代表的超高压技术成功地与激光技术、第三代同步辐射技术和中子技术的结合，在整体观念指导下，通过多种原位微区精密测试手段的并用，压力范畴被连连刷新(徐济安、毛河光将静态压力提高到550吉帕)，压力作为与温度、组分并列的第三度空间的潜力正在得到实质性的发挥。随着高压测试手段的大幅度突破，许多认为不可能安排的实验，现已能够进行。随着整体技术的突破，广阔的新空间，对物质科学将产生强烈的冲击。