Уильям Дж. Неллис - William J. Nellis

Уильям Дж. Неллис
Уильям Неллис.jpg
Родившийся (1941-06-25) 25 июня 1941 г. (возраст 79)
Чикаго, Иллинойс
ГражданствоСоединенные Штаты
ИзвестенПолучение металлического водорода в жидком состоянии
НаградыПремия Бриджмена Международной ассоциации науки и технологий высокого давления (AIRAPT)
Премия Дюваля Американского физического общества (APS)
Сотрудник отдела физики конденсированного состояния АФС
Эдвард Теллер (LLNL)
Академическое образование
ОбразованиеBS Физика
Кандидат физико-математических наук
Альма-матерУниверситет Лойолы Чикаго
Государственный университет Айовы

Уильям Дж. Неллис (родился 25 июня 1941 г.) - американец физик. Он является сотрудником физического факультета Гарвардский университет.[1] Его работа была сосредоточена на сверхконденсированных веществах при экстремальных давлениях, плотностях и температурах, достигаемых за счет быстрого динамического сжатия. Он наиболее известен первым экспериментальным наблюдением металлическая фаза плотного водорода, материал, существование которого предсказано Юджин Вигнер и Хиллард Белл Хантингтон в 1935 г.[2]

Неллис была президентом Международной ассоциации развития науки и технологий высокого давления (AIRAPT) и председателем Американское физическое общество (APS) Тематическая группа по ударному сжатию конденсированных сред. Он получил премию Бриджмена от AIRAPT,[3] Премия Дюваля от APS[4] и является научным сотрудником отдела физики конденсированных сред APS.[5]

Неллис является автором или соавтором более 250 опубликованных статей. Большая часть его исследований была сосредоточена на материалах во время или после динамического сжатия при высоких давлениях для свойств, включая электрическая проводимость, температуры, данные уравнения состояния, и ударная волна профили для исследования сжимаемость и фазовые переходы в жидкостях и твердых телах.[6]

ранняя жизнь и образование

Неллис родилась в Чикаго, Иллинойс в 1941 г. Он получил степень бакалавра наук. степень по физике от Чикагский университет Лойолы, Колледж свободных искусств и наук, в 1963 году и его докторская степень. степень по физике от Государственный университет Айовы в 1968 г.[1] Его доктор философии. Диссертационная работа включала измерения электропроводности и теплопроводности монокристаллов Редкоземельные элементы Гадолиний, Тербий и Гольмий в Национальная лаборатория Эймса в штате Айова.[7]

После аспирантуры Неллис работала научным сотрудником в Отделе материаловедения Аргоннская национальная лаборатория (ANL), где он измерял электрические и магнитные свойства упорядоченных и неупорядоченных сплавов актинидных элементов. Плутоний, Нептуний и Уран смешанный с немагнитными переходными металлами. Эксперименты в ISU и ANL проводились при криогенных температурах в диапазоне 2 - 300 Кельвинов.[8]

Карьера и работа

С 1970 по 1973 год Неллис была доцентом кафедры физики в Monmouth College (ILL), где он преподавал на бакалаврских курсах физики и был директором компьютерного центра колледжа. В 1973 году он покинул Монмут, чтобы присоединиться к Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора (LNLL), где он выполнил вычислительное моделирование конденсированного состояния при динамическом сжатии, вызванном ударными волнами, генерируемыми с помощью взрывчатых веществ.[9]

В 1976 году Неллис перешел из LLNL в экспериментальную группу высокого динамического давления, в которой он измерил свойства примерно 30 криогенные жидкости и твердые тела сжимаются динамически до давлений в диапазоне 20-500 ГПа с соответствующими температурами до нескольких 1000 Кельвинов.[9] Эти молекулярные жидкости представляют собой жидкости внутри Гигантские планеты и в сработавших взрывчатых веществах. Эти температуры, давления и плотности были созданы при ударе высокоскоростного снаряда о целевой материал. Импакторы разгонялись с помощью двухступенчатой ​​газовой пушки до скорости 8 км / с (18 000 миль в час). Импакторы обычно имели диаметр 25 мм и толщину 2–3 мм. Образцы имели диаметр 25 мм и толщину 0,5 - 3 мм. Экспериментальное время жизни составляло около 100 наносекунд. Быстрые электрические и оптические измерения проводились с помощью детекторов с разрешением менее нс.[10]

В 2003 году Неллис ушла из LNLL и поступила на факультет физики Гарвардского университета в качестве младшего специалиста. После ухода из LLNL Неллис сотрудничала с учеными в Япония, Россия, Китай и Швеция, а также в Соединенные Штаты.[1]

Неллис также был связан с Международной ассоциацией по развитию науки и технологий высокого давления, AIRAPT, на протяжении большей части своей карьеры, работая в качестве вице-президента с 1999 по 2003 год и президента с 2003 по 2007 год. С 1998 по 2007 год. , он был редактором журнала Shock Waves.[9]

Значительные открытия

Неллис наиболее известна первым экспериментальным наблюдением металлической фазы плотного водорода,[10][11] материал, существование которого предсказывали Вигнер и Хантингтон в 1935 году.[2] Динамическое сжатие генерирует температуру T и энтропию S при быстром сжатии, а продукт TS контролирует фазовую стабильность с помощью свободной энергии. Регулируя величину и временную форму реверберирующего импульса ударного давления, H2 диссоциирует до H с достаточно большой плотностью, при которой измеренные значения электропроводности жидкости H переходят от полупроводника к вырожденному металлу с минимальной металлической проводимостью Мотта при давлении 1,4 миллиона бар (140 ГПа). , девятикратная плотность атомов H в жидком H2 и расчетная температура 3000 К.[10] Подобные значения электропроводности H при многократном ударном сжатии были измерены Фортовым и др.[12] Селлерс и др. В импульсном лазере NIF[13] измерили оптическую отражательную способность плотного жидкого металла D ~ 0,3 при многократном ударном сжатии, что согласуется с началом металлизации D, рассчитанным Rillo et al.[14] Измерены электропроводности жидкости SiH4 до 106 ГПа при многоударном сжатии с помощью двухступенчатой ​​легкогазовой пушки.[15] хорошо согласуются с данными по электропроводности, измеренными в.[10]

После измерения зависимости электропроводности полупроводниковой и металлической жидкости H от давления, эти проводимости были использованы для устранения вероятной причины необычных внешних магнитных полей планет Урана и Нептуна, которые не являются ни дипольными, ни осесимметричными, как поля Земли. и другие планеты с магнитными полями. Планетные поля вызваны конвекцией электропроводящих жидкостей внутри них, большая часть которых на Уране и Нептуне - водород. Поскольку электрическая проводимость жидкости H приближается к металлической при ~ 100 ГПа, магнитные поля Урана и Нептуна в основном генерируются вблизи их внешних поверхностей, что подразумевает наличие недиполярных вкладов в их поля,[16] как замечено. Поскольку Уран и Нептун представляют собой жидкости, в их недрах нет сильных вращающихся слоев горных пород.[17] связать существование вращательного движения планет с конвективными токами, которые генерируют магнитные поля Урана и Нептуна. Его эксперименты с жидкостями, ожидаемые при высоких давлениях и температурах в глубоких недрах планет, имеют большое значение для создания изображений недр планет-гигантов как в этой, так и в других солнечных системах.[18]

В ходе своих исследований Неллис также обнаружил, что при очень высоких динамических ударных давлениях и температурах электроны в металлах и сильных изоляторах имеют общее однородное поведение в пространстве скоростей ударной волны,[19] которая аналогична асимптотической свободе в субъядерной физике высоких энергий.[20][21] Механизм в изоляторах представляет собой переход от сильных локализованных направленных электронных связей к более сжимаемой делокализованной электронной зонной структуре, характерной для металлов. [19]

Его метод извлечения твердых тел толщиной до микрона неповрежденными после ударных давлений до миллиона бар облегчил синтез метастабильных материалов для определения характеристик структур и физических свойств материалов.[22]

Награды и отличия

  • 1987 - Член Американского физического общества Отделение физики конденсированного состояния [23]
  • 1998 - Премия Дюваля тематической группы Американского физического общества по ударному сжатию
  • 2000 - Теллер, Национальная лаборатория Лоуренса Ливермора
  • 2001 - Премия Бриджмена Международной ассоциации развития науки и технологий высокого давления

Избранные статьи

  • У. Дж. Неллис (2017). Ультраконденсированные вещества при динамическом сжатии. Издательство Кембриджского университета.
  • Nellis, WJ, Mitchell, AC, van Thiel, M., Devine, GJ, Trainor, RJ and Brown, N. (1983) Данные уравнения состояния для молекулярного водорода и дейтерия при ударных давлениях в диапазоне 2-76 ГПа (20-760 кбар), Journal of Chemical Physics, 79, 1480-1486.
  • Неллис, У. Дж., Мэйпл, М. Б. и Гебал, Т. Х. (1988). Синтез метастабильных сверхпроводников высоким динамическим давлением. В SPIE Vol. 878 Многофункциональные материалы, изд. Р. Л. Беллингем: Общество инженеров по фотооптическому оборудованию, стр. 2-9.
  • Неллис, В. Дж., Вейр, С. Т. и Митчелл, А. С. (1996) Металлизация и электрическая проводимость водорода в Юпитере, Science, 273, 936-938.
  • Чау Р., Митчелл А. К., Миних Р. В. и Неллис В. Дж. (2003). Металлизация жидкого азота и переход Мотта в сильно сжатых жидкостях с низким Z, Physical Review Letters, 90, 245501-1-245501-4.
  • Чжоу, X., Неллис, В. Дж., Ли, Цзябо, Ли Цзюнь, Чжао, В. и др. (2015). Оптическая эмиссия, непрозрачность, вызванная ударом, температуры и плавление монокристаллов Gd3Ga5O12, ударно сжатых от 41 до 290 ГПа, Журнал прикладной физики, 118, 055903-1-055903-9.
  • Вейр, С. Т., Митчелл, А. К. и Неллис, В. Дж. (1996). Металлизация жидкого молекулярного водорода при 140 ГПа (1,4 Мбар). Physical Review Letters, 76, 1860-1863.
  • Неллис, В. Дж., Вейр, С. Т. и Митчелл, А. С. (1999). Минимальная металлическая проводимость жидкого водорода при 140 ГПа (1,4 Мбар). Physical Review B, 59, 3434-3449.
  • Неллис, У. Дж., Луис, А. А. и Эшкрофт, Н. У. (1998). Металлизация жидкого водорода. Философские труды Королевского общества, 356, 119–138.
  • Неллис, В. Дж. (2000). Получение металлического водорода. Scientific American, 282, 84-90.
  • Неллис, В. Дж. (2019). Плотный квантовый водород. Физика низких температур / Физика Нижних Температур, 45, 338-341.
  • Арко, А. Дж., Бродский, М. Б. и Неллис, В. Дж. (1972). Спиновые флуктуации в плутонии и других актинидах металлов и соединений, Physical Review B, 5, 4564-4569.
  • Хаббард, В. Б., Неллис, В. Дж., Митчелл, А. С., Холмс, Н. С., Лимай, С. С. и МакКэндлесс, П. С. (1991). Внутреннее строение Нептуна: сравнение с Ураном, Science, 253, 648-651.
  • Трунин Р.Ф. / Под ред. (2001). Экспериментальные данные по ударному сжатию и адиабатическому расширению конденсированных сред. Саров: Российский федеральный ядерный центр ВНИИЭФ.
  • Канель, Г. И., Неллис, В. Дж., Савиных, А. С., Разоренов, С. В., Раджендран, А. М. (2009). Реакция семи кристаллографических ориентаций кристаллов сапфира на ударные напряжения 16-86 ГПа, Journal of Applied Physics, 106, 043524-1-043524-10.
  • Лю Х., Цзе Дж. С. и Неллис У. Дж. (2015). Электропроводность Al2O3 при ударном сжатии. Научные отчеты, 5, 12823-1-12823-9.

Рекомендации

  1. ^ а б c "Уильям Дж. Неллис".
  2. ^ а б Вигнер Э. и Хантингтон Х. Б. (1935). О возможности металлической модификации водорода. Журнал химической физики, 3, 764-770.
  3. ^ «Лауреаты премии Бриджмена».
  4. ^ "Премия Джорджа Э. Дюваля за науку о ударном сжатии".
  5. ^ "Уильям Неллис".
  6. ^ "Уильям Дж. Неллис - Scopus".
  7. ^ W. J. Nellis и S. Legvold, "Теплопроводность и функции Лоренца монокристаллов гадолиния, тербия и гольмия", Phys. Ред. 180, 581 (1969)
  8. ^ В. Дж. Неллис и М. Б. Бродский, «Магнетизм в сплавах палладий-актинид», в «Плутоний 1970 и другие актиниды», под редакцией В. Н. Майнера (Металлургическое общество Американского института горных, металлургических и нефтяных инженеров, Нью-Йорк, 1970), стр. 346-354.
  9. ^ а б c "Уильям Джоэл Неллис, доктор философии".
  10. ^ а б c d Вейр, С. Т., Митчелл, А. К. и Неллис, В. Дж. (1996). Металлизация жидкого молекулярного водорода при 140 ГПа (1,4 Мбар). Physical Review Letters, 76, 1860-1863.
  11. ^ Неллис, В. Дж., Вейр, С. Т. и Митчелл, А. С. (1999). Минимальная металлическая проводимость жидкого водорода при 140 ГПа (1,4 Мбар). Physical Review B, 59, 3434-3449.
  12. ^ Фортов В.Е., Терновой В.А., Жерноклетов М.В., Мочалов М.А., Михайлов А.Л. и др. (2003). Ионизация неидеальной плазмы под давлением в мегабарном диапазоне динамических давлений. Журнал экспериментальной и теоретической физики, 97, 259-278.
  13. ^ Селльерс, П. М., Милло, М., Бригу, С., Мак-Вильямс, Р. С., Фратандуоно, Д. Р., Ригг, Дж. Р. и др. (2018). Переход изолятор-металл в плотном жидком дейтерии. Science, 361,677-682.
  14. ^ Рилло, Г., Моралес, М. А., Сеперли, Д. М. и Пьерлеони, К. (2019). Оптические свойства жидкого водорода под высоким давлением через молекулярную диссоциацию. Слушания Национальной академии наук (США), 116, 9770-9774.
  15. ^ Чжун, X. Ф., Лю, Ф. С., Цай, Л. К., Си, Ф., Чжан, М. Дж., Лю, К. Дж., Ян, Ю. П. и Хао, Б. Б. (2014). Удельное электрическое сопротивление силана многократно ударно сжато до 106 ГПа. Chinese Physics Letters, 31, 126201.
  16. ^ Гранцов, К. Д. (1983). Сферическое гармоническое представление магнитного поля при наличии плотности тока. Геофизический журнал Королевского астрономического общества, 74, 489-505.
  17. ^ Хеллед Р., Андерсон Дж. Д., Подолак М. и Шуберт Г. (2011). Внутренние мофелы Урана и Нептуна. Астрофизический журнал, 726, 15-1 - 15-7.
  18. ^ Неллис, В. Дж. (2015). Необычные магнитные поля Урана и Нептуна. Modern Physics Letters B, 29, 1430018-1-1430018-29.
  19. ^ а б Ozaki, N., Nellis, W.J., Mashimo, T., Ramzan, M., Ahuja, R. et al. (2016). Динамическое сжатие плотного оксида (Gd3Ga5O12) от 0,4 до 2,6 ТПа: универсальное Гюгонио жидких металлов. Научные отчеты, 6, 26000-1-26000-9.
  20. ^ Гросс Д. Дж. И Вильчек Ф. (1973). Ультрафиолетовое поведение неабелевых калибровочных теорий. Physical Review Letters, 30, 1343-1346.
  21. ^ Политцер, Х. Д. (1973). Надежные пертурбативные результаты для сильных взаимодействий. Physical Review Letters, 30, 1346-1349.
  22. ^ Неллис, В. Дж. (2017). Метастабильные ультраконденсированные гидрогенные материалы. Journal of Physics: Condensed Matter, 29, 504001-1-504001-5.
  23. ^ "Архив сотрудников APS". APS. Получено 24 сентября 2020.