金属固态氢及过渡金属氢化物高压下的理论研究

发布时间：2021-08-30 19:03

　　氢在元素周期表中位于第一位,是电子结构排布最简单的元素,在常温常压下的形态是气态。然而在高压下,它会发生一系列奇特的相变,并且拥有很多新奇的性质。压力可以减小原子间的距离,并且改变电子轨道以及成键模式,进而改变材料的物理化学性质。八十多年以前,Wigner和Huntington预测分子氢在高压下会转变为具有金属性的原子态。1964年,Ashcroft提出,由于氢的质量小,具有较高的德拜温度,其在金属化后可能具有较高的超导转变温度。因此,越来越多的理论和实验工作都致力于氢在高压下的结构、金属性以及超导电性的研究。最近,I.F.Silvera课题组发表在《科学》杂志上的实验结果表明,固态氢会在495 GPa的压强下金属化,并相变到原子相。这一结果在国际上引起了广泛的关注。但是关于这一结果仍然存在着很多争论。该实验给出了固态氢金属化的证据:样品从透明变为不透明的图片。然而在如此极端的压力条件下,实验测量的难度非常大,该实验的数据并不完整,没有与结构信息直接相关的XRD衍射图谱;没有表征与结构相关的声子振动的Raman光谱。因此固态氢的金属化压力以及对应的相空间结构仍需进一步深入的研究。针对I... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

常用的压力单位转换关系

图 1.2 地球内部压力示意图内部原子轨道和电子结构造成较大的影响，进而有新的形态，奇异的性质，也有可能合成一些常压知的例子就是通过对石墨加压而得到的硬度很高的两个碳的同素异形体的能量高低次序，使得金刚石时也克服了两个相之间转变的势垒[1-3]。类似的例压力的条件下通过六角氮化硼(BN)合成的[4]。高压稳定存在的化学组分变得稳定。例如，高压下的不a3Cl 和 NaCl3)[5]；一些碱土金属或过度金属氮化3S[7, 8]等)，其中 H3S 被实验上验证了具有高达 20之前的超导转变温度的记录[9, 10]。高压可以使一些

高压物理实验一直是在 0.5 GPa 压力范围以内进行的。1906 年0 世纪 60 年代，美国物理学家布里奇曼(P. W. Bridgemen)大大推动了高压实术的发展，并且在压力条件下，对固体的熔化现象、电阻变化规律、相变缩性等诸多宏观物理行为进行了极为广泛的研究。由于布里奇曼对高压现前驱性研究，以及其在推动高压物理学科发展方面做出的杰出贡献而获得946 年的诺贝尔物理学奖。1959 年之后，高压物理的研究进入了金刚石对顶Diamond Anvil Cell, DAC)时代，相比之前，该装置可以产生很高的压力。毛院士和 P. M. Bell 教授在 1978 年设计出的 Mao-Bell 型 DAC(如图 1.3)[14]，可达到的最高压力为 550 GPa。目前的高压实验中除了上述提及的静高压，还有基于冲击波技术的动高压实验技术，其产生的压力可达数千万大气TPa 量级)。然而冲击波的瞬态特性意味着样品通常难以达到热力学平衡，在研究材料性质的时候会有很大的不确定性。

【参考文献】：
期刊论文
[1]Structure and superconductivity of hydrides at high pressures[J]. Defang Duan,Yunxian Liu,Yanbin Ma,Ziji Shao,Bingbing Liu,Tian Cui.  National Science Review. 2017(01)

博士论文
[1]高压下第四主族及典型镧系元素氢化物的第一性原理研究[D]. 张华迪.吉林大学 2016



本文编号：3373333