1999 年，瓦萊裡·萊維塔斯 (Valery Levitas) 離開歐洲時，他打包了一個旋轉鑽石砧室，並將其帶到了美國。他和他的團隊的研究人員仍在使用一種更先進的擠壓、扭轉工具來擠壓和剪切兩顆鑽石之間的材料，以便在實際實驗中現場觀察會發生什麼，並驗證研究人員自己的理論預測。

例如，晶體結構如何變化？這會產生新的、潛在有用的特性嗎？剪切是否會改變產生新材料相所需施加的高壓？

它的研究「在先進力學、物理學、材料科學和應用數學，」愛荷華州立大學安森·馬斯頓傑出工程教授兼默里·哈波爾工程講座教授萊維塔斯寫道。

萊維塔斯和他的合作者的最新發現之一是，矽是一種重要的電子材料，當它受到大的塑性或永久變形的擠壓和剪切時，會發生不尋常的相變。

該雜誌自然通訊最近發表調查結果。通訊作者為Levitas；和 Sorb Yesudhas，愛荷華州立大學博士後研究員航空航太工程和關鍵實驗員。合著者包括馮林（Feng Lin），前愛荷華州立大學學生；KK潘迪（Pandey），原愛荷華州人，現任職於印度巴巴原子研究中心；伊利諾伊州阿貢國家實驗室高壓協作訪問團隊的傑西史密斯 (Jesse Smith) 在那裡進行了原位 X 射線衍射實驗。

研究人員承認，已經有許多關於矽在高壓下的變化的研究，但沒有研究矽在壓力和塑性剪切變形下的變化。在這種情況下，他們將三種粒徑的矽——百萬分之一公尺、十億分之三十和十億分之一公尺——置於旋轉鑽石砧室的獨特應變下。

研究人員寫道，這種「塑性應變引起的相變是完全不同的，有望帶來許多發現」。

一項針對直徑100 億分之一米的矽樣品進行的室溫實驗發現，0.3 吉帕斯卡（測量壓力的常用單位）的壓力和塑性變形會將矽所謂的“Si-I”晶相轉變為“ Si-II」。光是在高壓下，這種轉變就從 16.2 吉帕斯卡開始。

「壓力減少了 54 倍，」作者寫道。

萊維塔斯說，這是一項突破性的實驗發現。

「我們的目標之一是減少轉型壓力，」他說。“因此，我們在其他研究人員通常忽視的區域開展工作——壓力非常低。”

此外，他說，研究人員的材料變形的目的不是改變材料樣品的形狀或尺寸。

「關鍵部分是改變微觀結構，」萊維塔斯說。“這使得變化產生相變。”

不同相的不同晶格結構（本文考慮了矽的七個相）提供了在現實世界的工業應用中有用的不同特性。

“利用最佳的電子、光學和機械性質透過這項技術是可能的，」研究人員寫道。

這是工業界可能會感興趣的技術。

「在非常高的壓力下進行這些相變對於工業界來說是不切實際的，」萊維塔斯說。「但是透過塑性變形，我們可以用傳統的方法得到這些高壓在非常適度的壓力下的相、性能和應用。

經過 20 年對這些材料問題的思考和理論化，萊維塔斯表示，他預計矽會對旋轉鑽石砧室中的應變產生不尋常的反應。

「如果我沒有預料到低壓下會發生相變，我們就永遠不會檢查，」他說。“這些實驗證實了我們的幾個理論預測，也對該理論提出了新的挑戰。”