如图所示为亚利桑那州在50000年前由于陨石撞击形成的陨石坑。这个陨石坑中包含硬质压缩形式的硅（超石英）。使用SLAC的x射线激光光源，研究人员可以精确地测量熔融石英玻璃向超石英的快速转变。图片来源: National Map Seamless Server/USGS。

近日，科学家利用大功率激光束在SLAC国家加速器实验室的能源部门模拟了陨石的冲击效应对二氧化硅的影响。二氧化硅是地壳中含量最丰富的材料之一。通过这次实验，科学家首次观察到熔融石英向矿物超石英的惊人的快速转变。超石英是一种罕见的、极其坚硬和致密的二氧化硅。

超石英陨石撞击的现场是由50000年前亚利桑那州形成的陨石坑，此坑约3/4英里长、约570英尺深。在地幔的极端压力下，地下数百英里的深处也会形成这种情况。

超石英的速度

在SLAC实验中，研究人员使用激光形成的冲击波作用于石英玻璃样品。冲击波的温度和压力使得石英玻璃产生微小晶体（超石英的晶核），这种转变仅需几纳秒（十亿分之一秒）。按照这个速度预测这种相转变已经进行了几十次甚至几百次。

利用SLAC的x射线激光相干光源，负责开展此项实验的能源部科学办公室人员是Arianna Gleason。他说：“令人激动的是这次测量得到的数据可以使我们对这一转换机制有新的认识。”该项研究发表在9月4日出版的《自然通讯》上。

原来是SLAC实验室和斯坦福大学的博士后研究员（2012年），现在是洛斯阿拉莫斯国家实验室的博士后研究员Gleason说：“如何掌握原子在这种材料中相转变时的重新排列是很重要的，我们开心的是，这次的实验使得缓慢的相转变进行非常迅速。这是此前所没有的成果。LCLS使得我们在超短的时间尺度上转变物相，进而产生冲击波，这是绝无仅有的。”

在星球和材料科学领域的新见解

这种改进性的成果为研究人员对硅和其他材料的基本性质的认识提供了新见解，也可能最终改进行星的形成模型、未来的材料成分设计和功能（如强度）改善。

LCLS实验中，研究人员将两个光学激光脉冲作用于而二氧化硅样品的同一点上。这种明亮的超短光脉冲可以产生飞秒尺度和原子尺度上的冲击。研究人员利用不同x射线脉冲的到达时间确定了材料的相转变速度。

先前的高压缩实验（实验中利用钻石挤压样本）不涉及LCLS的x射线，因此并没有实现在时间尺度和原子水平上的分辨率。

目前，研究人员已经进行了后续的跟踪实验，以探索其他材料（包括工业大量使用的金属和半导体）中的冲击特性。

Gleason指出：“我们通过LCLS的快照这种可视化过程，实时监测在冲击压缩情况下的相转变，从而理解地球和其他星球上材料的内部结构和性质。”

资讯来源:SLAC国家加速器实验室。

新材料在线编译整理——翻译：陈琼     校正：摩天轮