近日，吉林大学物理学院黄晓丽教授与吉林大学唐敖庆讲座教授、宁波大学崔田教授等人在基于金刚石对顶砧装置的压力加载技术方面取得重要进展，在国内首次突破500 GPa压力，研究成果以“Unified equation of state of tungsten up to 527 GPa using modified toroidal diamond anvil cells”为题，发表在Phys. Rev. B 111, 214101 (2025)杂志上。

近年来高压加载技术取得显著进展，但使用传统金刚石对顶砧装置（DAC）获得400 GPa以上的压力仍面临重大挑战。前期实验研究表明，金刚石的双杯状形变是制约基于传统DAC达到400 GPa压力的因素。发展新型超高压加载技术是破解该领域亟待解决问题的有效途径。目前，采用纳米晶金刚石（NCD）半球作为二级压砧的双级DAC（ds-DAC）可实现1 TPa的压力。然而，ds-DAC复杂的实验操作难度以及NCD半球极端的尺寸和形状限制了其在样品装载与原位测量中的进一步应用。2018年，Dewaele团队和Jenei团队分别独立提出了实现500 GPa以上压力的环形金刚石压砧（t-DAC）模型，但后续实验均未能突破500 GPa压力极限。目前，t-DAC的设计参数与应力分布模式仍不明确，因此揭示其在极限压力下的砧面压力分布与形变机制至关重要。

研究团队通过改进型环形金刚石压砧（mt-DACs），基于同步辐射X射线衍射实验所获得的金状态方程（EoS），将金属钨（W）的等温状态方程拓展至目前的纪录527 GPa极端高压。研究结果表明，压缩至527 GPa的最高压力，钨的晶体结构仍保持体心立方（bcc）结构，未发生相变。通过采用改进型环形加工工艺优化mt-DAC的受力分布，成功突破了传统DAC的400 GPa压力极限，实现了500 GPa以上的超高压力。有限元分析显示，Boehler-Almax型mt-DAC具有极低的最大等效应力和最大主应变，这对压力极限的提升至关重要。该研究成果将为拓展压力加载技术及极端条件下实验压力标定提供重要参考。

图：最高压力至527 GPa的金属钨状态方程，基于X射线衍射扫描数据建立的500 GPa压力下t-DAC压力分布图

文章第一作者为吉林大学高压与超硬材料全国重点实验室博士研究生丁鹰击，通讯作者为吉林大学物理学院黄晓丽教授、姜树清副教授和宁波大学崔田教授。该研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目的资助，同时也得到了上海同步辐射光源及法国ESRF光源的大力支持。

论文全文链接：

https://journals.aps.org/prb/pdf/10.1103/PhysRevB.111.214101