Escala de presión de rubí

Método utilizado en celdas de yunque de diamante

Espectros de rubí, líneas R1 y R2

La escala de presión de fluorescencia rubí es un método óptico para medir la presión dentro de una cámara de muestra de un aparato de celda de yunque de diamante . ^[1] Dado que es un método óptico, que aprovecha al máximo la transparencia de los yunques de diamante y solo requiere acceso a un generador láser de pequeña escala , se ha convertido en el método de medición de presión más frecuente en las ciencias de alta presión.

Principios

El rubí es corindón dopado con cromo ( _Al2O3 ). El Cr3 ^{+ en} la red del corindón forma un octaedro con los iones de oxígeno circundantes. El campo cristalino octaédrico _junto con la interacción espín-orbital da como resultado diferentes niveles de energía. Una vez que _{los electrones} 3d en Cr3 ⁺ son energizados por láseres, los electrones excitados irían a _{los niveles} ^4T2 y ^2T2 . Luego regresan a los niveles ^2E y las líneas R1 _, R2 _provienen de la luminiscencia desde ^{los niveles 2E} hasta el ^nivel fundamental 4A2 . _[ ^2] La diferencia de energía de los niveles ^2E es de 29 cm ⁻¹ , correspondiente a la división de las líneas R1 _, R2 _a 1,39 nm . ^[2]

Desarrollo

Los espectros de fluorescencia de rubí tienen dos líneas fuertes y definidas, R ₁ y R _2. R ₁ se refiere a la excitación de mayor intensidad y menor energía (longitud de onda más larga) y se utiliza para medir la presión.

La presión se calcula como: , donde λ ₀ es la longitud de onda R ₁ medida a 1 atm, a y b son constantes. (por ejemplo, a = 19,04, b = 5 ^[3] ) ${\displaystyle P(Mbar)={\frac {a}{b}}[\left({\frac {\lambda }{\lambda _{0}}}\right)^{b}-1]}$

Desde que Forman y sus colegas lo demostraron por primera vez en 1972, ^{[4] [5]} muchos científicos han contribuido al establecimiento de una escala de presión de rubí precisa en diversas condiciones experimentales.

A continuación se ofrece un resumen probablemente incompleto:

Referencias

1. Bassett, William A. (21 de mayo de 2009). "Celda de yunque de diamante, 50 aniversario". High Pressure Research . 29 (2): 163–186. doi :10.1080/08957950802597239. ISSN  0895-7959. S2CID  15204168.
2. Syassen, K. (junio de 2008). "Rubí bajo presión". High Pressure Research . 28 (2): 75–126. doi :10.1080/08957950802235640. ISSN  0895-7959. S2CID  95275637.
3. Mao, HK; Bell, PM; Shaner, JW; Steinberg, DJ (junio de 1978). "Medidas de volumen específico de Cu, Mo, Pd y Ag y calibración del manómetro de fluorescencia de rubí "R1" de 0,06 a 1 Mbar". Journal of Applied Physics . 49 (6): 3276–3283. doi :10.1063/1.325277. ISSN  0021-8979.
4. Forman, Richard A.; Piermarini, Gasper J.; Barnett, J. Dean; Block, Stanley (21 de abril de 1972). "Medición de presión realizada mediante la utilización de luminiscencia de línea nítida de rubí" . Science . 176 (4032): 284–285. doi :10.1126/science.176.4032.284. ISSN  0036-8075. PMID  17791916. S2CID  8845394.
5. Piermarini, GJ (noviembre de 2011). "Cristalografía de rayos X de alta presión con la celda de diamante en NIST/NBS". Revista de investigación del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . 106 (6): 910–912. doi : 10.6028/jres.106.045 . ISSN  1044-677X. PMC 4865304 . PMID  27500054. S2CID  18150811. 
6. Mao, HK; Xu, J.; Bell, PM (1986). "Calibración del manómetro de rubí a 800 kbar en condiciones cuasihidrostáticas". Journal of Geophysical Research . 91 (B5): 4673. doi :10.1029/jb091ib05p04673. ISSN  0148-0227.
7. Dewaele, Agnès; Loubeyre, Paul; Mezouar, Mohamed (22 de septiembre de 2004). "Ecuaciones de estado de seis metales por encima de 94 GPa". Physical Review B . 70 (9). doi :10.1103/physrevb.70.094112. ISSN  1098-0121.
8. Chijioke, Akobuije D.; Nellis, WJ; Soldatov, A.; Silvera, Isaac F. (diciembre de 2005). "El estándar de presión de rubí a 150 GPa". Journal of Applied Physics . 98 (11): 114905. doi :10.1063/1.2135877. ISSN  0021-8979.
9. Jacobsen, SD; Holl, CM; Adams, KA; Fischer, RA; Martin, ES; Bina, CR; Lin, J.-F.; Prakapenka, VB; Kubo, A.; Dera, P. (1 de noviembre de 2008). "Compresión de óxido de magnesio monocristalino a 118 GPa y un manómetro de rubí para medios de presión de helio". Mineralogista estadounidense . 93 (11–12): 1823–1828. doi :10.2138/am.2008.2988. ISSN  0003-004X. S2CID  21661728.
10. Yamaoka, Hitoshi; Zekko, Yumiko; Jarrige, Ignacio; Lin, Jung-Fu; Hiraoka, Nozomu; Ishii, Hirofumi; Tsuei, Ku-Ding; Mizuki, Jun'ichiro (15 de diciembre de 2012). "Escala de presión de rubí en una celda de yunque de diamante de baja temperatura". Revista de Física Aplicada . 112 (12): 124503. doi : 10.1063/1.4769305. ISSN  0021-8979.
11. Shen, Guoyin; Wang, Yanbin; Dewaele, Agnes; Wu, Christine; Fratanduono, Dayne E.; Eggert, Jon; Klotz, Stefan; Dziubek, Kamil F.; Loubeyre, Paul; Fat'yanov, Oleg V.; Asimow, Paul D. (2 de julio de 2020). "Hacia una escala de presión práctica internacional: una propuesta para un calibre de rubí IPPS (IPPS-Ruby2020)". Investigación de alta presión . 40 (3): 299–314. doi :10.1080/08957959.2020.1791107. ISSN  0895-7959. S2CID  225460396.