高压下新奇电子现象的研究
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- 论文作者：王晓丽 ; 李建福
- 年：2016
- 作者机构：临沂大学山东省临沂市双岭路中段临沂大学凝聚态物理研究所;
- 论文关键词：高压 ; 过渡金属 ; 惰性气体的高压活性
- 会议召开时间：2016-12-19
- 会议录名称：中国晶体学会第六届学术年会暨会员代表大会（极端条件晶体材料分会）论文摘要集
- 英文会议录名称：Proceedings of the 6th Annual Conference of Chinese Crystallographic Society
- 语种：中文
- 分类号：O641.1
- 学会代码：ZGJY
- 会议名称：中国晶体学会第六届学术年会暨会员代表大会（极端条件晶体材料分会）
- 会议地点：中国广东广州
- 主办单位：中国晶体学会
- 学会名称：中国晶体学会
- 页数：1
- 文件大小：495k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
高压下物质呈现众多的新结构和新性质,是发现和截获具有新颖性质的新型材料的重要源泉。高压会引发众多常压下难以观察到的新奇物理现象,对于丰富和发展凝聚态理论具有特殊的优势。过渡金属元素的d电子在发生化学反应时参与化学键的形成,可以表现出多种的氧化态。在过渡金属中,Hg、Cd和Zn通常只有s电子参与形成化学键,d电子没有参与成键,意味着Hg的最高氧化态为+2,所以被称为后过渡金属而不是真正意义上的过渡金属。我们选取Hg Fx(x=2,3,4,5,6)作为研究对象,采用第一性原理计算方法并结合CALYPSO结构搜索技术,在0到300 GPa的范围进行了研究[1,2]。计算表明Hg F_5和Hg F_6在研究的压力范围内都不稳定,Hg F_2、Hg F_3和Hg F_4在一定的压力范围内都可以存在,其中Hg F_4的d电子与F形成化学键,形成典型的d~8电子构型,Hg F3在200 GPa后比Hg F_4更趋于稳定,具有铁磁特性,对可见光透明。电子特性分析显示,在高压下Hg可以失去d电子,呈高氧化态(>+2),从而表现出过渡金属的特性。通常情况下,惰性气体很难进行化学反应,在高压下是否反应成为高压凝聚态物理的另一个重要研究课题。Xe由于是满壳层结构不容易得失电子从而表现出化学惰性,对于惰性气体的氧化能力,即得电子形成阴离子,还没有研究或者报道。我们通过第一性原理电子结构计算结合有效的结构搜索方法,发现Xe、Kr和Ar分别在125 GPa、250 GPa和250 GPa压强下与Mg形成稳定的化合物[3]。这些化合物呈现金属特性并且惰性气体原子带负电荷,表明电子满壳层的元素也可以得电子,从而填充至满壳层外层的轨道。不仅如此,高压下Mg-NG(NG=Xe、Kr、Ar)形成电子化合物,电子局域在间隙位置被周围的原子隔开,成为填隙准原子(ISQ),在Xe的5d轨道和ISQ之间存在着很强的相互作用,表明有强化学键形成和电子转移。氙气在高压下表现出的活性,为理解地球上氙气消失之谜提供了新思路。
引文
[1]X.Wang and J.Li,EPL(Europhysics Lett).2013,102,36002.
[2]J.Botana,X.Wang,C.Hou,D.Yan,H.Lin,Y.Ma,and M.Miao,Angew.Chemie Int.Ed.2015,54,9280.
[3]M.Miao,X.Wang,J.Brgoch,F.Spera,M.G.Jackson,G.Kresse,and H.Lin,J.Am.Chem.Soc.2015,137,14122.
[2]J.Botana,X.Wang,C.Hou,D.Yan,H.Lin,Y.Ma,and M.Miao,Angew.Chemie Int.Ed.2015,54,9280.
[3]M.Miao,X.Wang,J.Brgoch,F.Spera,M.G.Jackson,G.Kresse,and H.Lin,J.Am.Chem.Soc.2015,137,14122.