

广州地化所肖万生研究组和中国科学院高能物理研究所、中国工程物理研究院流体物理研究所的合作研究人员,在对钙钛矿结构氧化物PbCrO3的高压行为研究中,发现了一个奇特的压致等结构相变现象,这一立方到立方的结构转变导致近10%的体积变化。这是立方钙钛矿结构化合物等结构相变现象的首例发现,研究结果最近发表在美国国家科学院院刊上(PNAS,2010,107,14026-14029)。
钙钛矿结构是一种在地球科学、物理学和材料科学中均具有重要科学意义的结构类型,这种结构的硅酸盐化合物是下地幔最主要的矿物相,而过渡金属氧化物钙钛矿由于3d电子自旋、轨道、电荷、晶格间的精细相互作用导致许多奇特的物理化学性质而成为物理学、材料科学的重要研究对象。致密的钙钛矿结构在外部环境(如温度、压力)变化时,通过结构中共角顶的配位八面体的畸变、旋转和相互倾斜来调整结构,甚至改变对称性从而导致相变发生。通常情况下这种相变并不表现出键长显著的不连续变化,不会导致体积的显著改变。而PbCrO3立方钙钛矿压致等结构相变异常大的体积变化及其所蕴含的奇特的物理机制,为传统的钙钛矿相变理论研究提出了新的挑战,开启了一类全新的钙钛矿结构高压行为研究的大门,将对固体物理、化学、材料科学和地球科学产生重要的影响。
地球内部是一个巨大的高温高压系统。压力作为一个基本物理条件,可以有效缩短物质中原子的间距、增加相邻电子轨道的重叠,从而改变物质的晶体结构、电子结构和原子间的相互作用,形成全新的物质状态。金刚石对顶砧超高压技术与同步辐射X射线衍射技术及激光显微加热技术相结合,是目前研究物质结构变化和地球深部物质状态的重要手段之一。广州地化所肖万生研究组长期利用金刚石对顶砧超高压装置开展天然矿物高压相变和各种化合物新结构高温高压合成的研究工作,与国内外几个同步辐射高压实验站有广泛的联系和合作关系,并对钙钛矿结构这种下地幔物质最主要的结构类型的高压行为有深入的研究。
(广州地化所极端环境地质地球化学实验室2010、8、25供稿,综合办编辑)