美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）與約翰霍普金斯大學團隊經過近12年研究，終於解開鎂氧化物在極端壓力下為何出現實驗與理論不一致的謎團，研究成果刊載於《物理評論X》。
研究人員利用羅徹斯特大學雷射能量學實驗室的Omega EP巨型雷射，沿立方晶體三個不同方向施加衝擊波，並同步量測衝擊波速度、溫度及X-ray繞射訊號。結果顯示，鎂氧化物的相變路徑高度依賴晶體受壓方向，並非過往假設的只取決於壓力大小。
研究團隊發現，鎂氧化物約在572 GPa與13,200 K時熔化，創下已知材料中最高的實驗熔點紀錄。這項資料可作為校準地球、木星與土星等行星內部模型的重要基準，也將影響研究者對地球早期岩漿海、巨大撞擊事件及行星熱傳輸的理解。
這項研究的關鍵並非政治或企業利益角力，而是材料物理典範轉移：過去研究人員把鎂氧化物視為在足夠高壓下會依循單一路徑相變的晶體，新的實驗結果則證明，晶體取向、剪應變分布與局部非平衡狀態都必須納入模型。
鎂氧化物是地球下地幔的重要成分，也是推估超級地球、木星與土星內部結構的關鍵材料。由於行星核心的壓力與溫度遠超一般實驗室條件，科學家通常依賴理論模型外推；但若模型忽略晶體方向與衝擊前沿的短暫無序區，就可能誤判熔點、相變順序及固液分布。
研究團隊先後沿立方晶體表面法線、面對角線與立方體對角線施加衝擊。沿立方體對角線時，鎂氧化物大致按照預期在有序結構間轉換並熔化；其他方向卻出現更複雜的衝擊波前沿短暫無序或液態區，以及後方不規則晶體生長軌跡。
X-ray繞射能辨識原子排列，光學量測則捕捉薄至難以直接觀察的衝擊前沿。兩種量測結合後，研究人員才得以解釋過往數據不一致的根源，也顯示極端條件研究不能只依賴單一物理量或過度簡化的平衡模型。
這項成果同時具有國安與材料戰略意義：類似的雷射衝擊波量測能力可延伸至核庫存 modernize、材料狀態診斷與高能密度物理研究。研究成果的長期價值，將體現在提高極端壓力模型的可靠度，而非立即形成消費性商品市場。
未來行星研究的核心，將從「單純判斷某種元素是否存在」轉向精確描述其晶體結構、溫度梯度、黏度與能量運輸。這項研究提供的最高壓熔點資料，會成為重新校正地球深部與巨行星模型的重要實驗錨點。
01 起因觸發：近12年的實驗與理論落差促使研究團隊重新檢視晶體受壓方向的基本假設。
02 一階傳導：雷射衝擊波、X-ray繞射與光學量測整合，補上高壓材料相變的關鍵資料缺口。
03 二階擴散：地球深部、超級地球及氣態巨行星的固液相、熔點與熱傳輸模型需要重新校準。
04 宏觀終局：研究成果可能延伸至核材料 modernize、雷射慣性拘束融合及國防高能物理研究。
05 長期影響：非平衡材料理論將由單一臨界壓力模型，逐步走向考量方向、時間與微觀結構的複雜系統。
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