The superconducting transition temperatures (${\mathit{T}}_{\mathit{c}}$'s) of optimally doped ${\mathrm{HgBa}}_{2}$${\mathrm{Ca}}_{\mathit{m}\mathrm{\ensuremath{-}}1}$${\mathrm{Cu}}_{\mathit{m}}$${\mathrm{O}}_{2\mathit{m}+2+\mathrm{\ensuremath{\delta}}}$ (Hg 1:2:m-1:m) with m=1, 2, and 3 and ${\mathrm{Hg}}_{1\mathrm{\ensuremath{-}}\mathit{x}}$${\mathrm{Pb}}_{\mathit{x}}$${\mathrm{Ba}}_{2}$${\mathrm{Ca}}_{2}$${\mathrm{Cu}}_{3}$${\mathrm{O}}_{8+\mathrm{\ensuremath{\delta}}}$ [Hg(xPb) 1:2:2:3] have been investigated resistively under quasihydrostatic pressures up to 45 GPa. There seems to be a universal upward shift of ${\mathit{T}}_{\mathit{c}}$ under pressure, regardless of m, for all Hg 1:2:m-1:m, implying a common origin for all compounds. Record high ${\mathit{T}}_{\mathit{c}}$'s of 164, 154, and 118 K were reached for the optimally doped Hg 1:2:m-1:m with m=3, 2, and 1, respectively. However, the ${\mathit{T}}_{\mathit{c}}$ enhancement is suppressed by Pb substitution, suggesting the possibility that Hg plays an important role in these compounds.

At the 26th AIRAPT conference in 2017, a task group was formed to work on an International Practical Pressure Scale (IPPS). This report summarizes the activities of the task group toward an IPPS ruby gauge. We have selected three different approaches to establishing the relation between pressure (P) and ruby R1-line shift (Δλ) with three groups of optimal reference materials for applying these approaches. Using a polynomial form of the second order, the recommended ruby gauge (referred as Ruby2020) is expressed by: P[GPa]=1.87(±0.01)×103Δλλ01+5.63(±0.03)Δλλ0, where λ0 is the wavelength of the R1-line near 694.25 nm at ambient condition. In June of 2020, the Executive Committee of AIRAPT endorsed the proposed Ruby2020. We encourage high-pressure practitioners to utilize Ruby2020 within its applicable pressure range (up to 150 GPa), so that pressure data can be directly compared across laboratories and amended consistently as better scales emerge in the future.

As part of a program to measure phase transition timescales in materials under dynamic compression, we have designed new x-ray imaging diagnostics to record multiple x-ray diffraction measurements during a single laser-driven experiment. Our design places several ns-gated hybrid CMOS (hCMOS) sensors within a few cm of a laser-driven target. The sensors must be protected from an extremely harsh environment, including debris, electromagnetic pulses, and unconverted laser light. Another key challenge is reducing the x-ray background relative to the faint diffraction signal. Building on the success of our predecessor (Target Diffraction In Situ), we implemented a staged approach to platform development. First, we built a demonstration diagnostic (Gated Diffraction Development Diagnostic) with two hCMOS sensors to confirm we could adequately protect them from the harsh environment and also acquire acceptable diffraction data. This allowed the team to quickly assess the risks and address the most significant challenges. We also collected scientifically useful data during development. Leveraging what we learned, we recently developed a much more ambitious instrument (Flexible Imaging Diffraction Diagnostic for Laser Experiments) that can field up to eight hCMOS sensors in a flexible geometry and participate in back-to-back shots at the National Ignition Facility (NIF). The design also allows for future iterations, such as faster hCMOS sensors and an embedded x-ray streak camera. The enhanced capabilities of the new instrument required a much more complex design, and the unexpected issues encountered on the first few shots at NIF remind us that complexity has consequences. Our progress in addressing these challenges is described herein, as is our current focus on improving data quality by reducing x-ray background and quantifying the uncertainties of our diffraction measurements.

The prototypical α→ω phase transition in zirconium is an ideal test bed for our understanding of polymorphism under extreme loading conditions. After half a century of study, a consensus had emerged that the transition is realized via one of two distinct displacive mechanisms, depending on the nature of the compression path. However, recent dynamic-compression experiments equipped with diffraction diagnostics performed in the past few years have revealed new transition mechanisms, demonstrating that our understanding of the underlying atomistic dynamics and transition kinetics is in fact far from complete. We present classical molecular dynamics simulations of the α→ω phase transition in single-crystal zirconium shock compressed along the [0001] axis using a machine-learning-class potential. The transition is predicted to proceed primarily via a modified version of the two-stage Usikov-Zilberstein mechanism, whereby the high-pressure ω phase heterogeneously nucleates at boundaries between grains of an intermediate β phase. We further observe the fomentation of atomistic disorder at the junctions between β grains, leading to the formation of highly defective interstitial material between the ω grains. We directly compare synthetic x-ray diffraction patterns generated from our simulations with those obtained using femtosecond diffraction in recent dynamic-compression experiments, and show that the simulations produce the same unique, anisotropic diffuse scattering signal unlike any previously seen from an elemental metal. Our simulations suggest that the diffuse signal arises from a combination of thermal diffuse scattering, nanoparticlelike scattering from residual kinetically stabilized α and β grains, and scattering from interstitial defective structures. Published by the American Physical Society 2024

The response of materials under dynamic compression involves a complex interplay of various deformation mechanisms aimed at relieving shear stresses, yielding a remarkable diversity in material behavior. In this Letter, we utilize femtosecond x-ray diffraction coupled with nanosecond laser compression to reveal an intricate competition between multiple shear-relieving mechanisms within an elemental metal. Our observations in shocked-compressed single-crystal Zr indicate a disorder-mediated shear relaxation at lower pressures. Above the phase-transition pressure, we observe the increasing contribution of structural phase transition in relieving shear stress. We detect not one but three concurrent pathways during the transition from the hcp to a hex-3 structure. These complex dynamics are partially corroborated through multimillion-atom molecular dynamics simulations employing a machine-learned interatomic potential. Our observation of multiple concurrent pathways and disorder during shock compression underscore the far greater intricacies in the dynamic response of metals than previously assumed.

Magnesium oxide (MgO) is a major component of the Earth’s mantle and is expected to play a similar role in the mantles of large rocky exoplanets. At extreme pressures, MgO transitions from the NaCl B 1 crystal structure to a CsCl B 2 structure, which may have implications for exoplanetary deep mantle dynamics. In this study, we constrain the phase diagram of MgO with laser-compression along the shock Hugoniot, with simultaneous measurements of crystal structure, density, pressure, and temperature. We identify the B 1 to B 2 phase transition between 397 and 425 gigapascal (around 9700 kelvin), in agreement with recent theory that accounts for phonon anharmonicity. From 425 to 493 gigapascal, we observe a mixed-phase region of B1 and B2 coexistence. The transformation follows the Watanabe-Tokonami-Morimoto mechanism. Our data are consistent with B 2-liquid coexistence above 500 gigapascal and complete melting at 634 gigapascal. This study bridges the gap between previous theoretical and experimental studies, providing insights into the timescale of this phase transition.

We describe a method for laser-driven planar compression of crystalline hydrogen that starts with a sample of solid para-hydrogen (even-valued rotational quantum number j) having an entropy of 0.06 kB/molecule at 10 K and 2 atm, with Boltzmann constant kB. Starting with this low-entropy state, the sample is compressed using a small initial shock (<0.2 GPa), followed by a pressure ramp that approaches isentropic loading as the sample is taken to hundreds of GPa. Planar loading allows for quantitative compression measurements; the objective of our low-entropy compression is to keep the sample cold enough to characterize crystalline hydrogen toward the terapascal range.