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共振X射線發(fā)射光譜下發(fā)現(xiàn)稀土金屬價態(tài)轉(zhuǎn)變新進展
2022年06月30日 09:16:20 來源：化工儀器網(wǎng) 點擊量：4462

北京高壓科學研究中心研究員丁陽帶領的國際研究團隊在高壓稀土金屬價態(tài)轉(zhuǎn)變研究領域獲突破性進展，研究人員使用同步輻射X射線共振發(fā)射光譜和X射線衍射技術，探測了單質(zhì)金屬銪(Eu)在高壓下的電子和晶體結構變化

　　【化工儀器網(wǎng) 項目成果】稀土是元素周期表中的鑭系元素和鈧、釔共十七種金屬元素的總稱。自然界中有250種稀土礦。稀土元素是現(xiàn)代科技中不可或缺的元素，在磁性激光、光纖通信、新能源、超導、航天航空、軍事國防等領域有著不可替代的作用，是21世紀重要的戰(zhàn)略元素。
 
　　價態(tài)轉(zhuǎn)變—價電子數(shù)的變化，是稀土金屬及其化合物中普遍存在的物理現(xiàn)象，反映了局域4f電子在外界(比如壓力、摻雜、溫度)作用下向非局域化轉(zhuǎn)化的過程，而這種非局域化轉(zhuǎn)化標志著材料中大規(guī)模電子關聯(lián)的開始。在此過程中，由于局域電子和非局域價電子之間的競爭等相互作用，稀土元素會衍生出許多奇異的量子現(xiàn)象，如價態(tài)轉(zhuǎn)變、金屬到絕緣體的轉(zhuǎn)變、超導等，而這些都會極大影響稀土元素的磁、光、電等物理性質(zhì)。因此揭示這些變化機制，將為設計研制面向國家戰(zhàn)略需求的量子演生新材料，促進新型功能器件誕生及推動新能源產(chǎn)業(yè)升級提供巨大機遇。
 
　　北京高壓科學研究中心研究員丁陽帶領的國際研究團隊在高壓稀土金屬價態(tài)轉(zhuǎn)變研究領域獲突破性進展，研究人員使用同步輻射X射線共振發(fā)射光譜和X射線衍射技術，探測了單質(zhì)金屬銪(Eu)在高壓下的電子和晶體結構變化，壓力高達160萬大氣壓。共振X射線發(fā)射光譜是迄今為止在高壓下研究稀土元素價態(tài)變化的最強大的實驗技術，它可以提供可靠的電子結構測量，從而能夠檢測到Eu在高壓下電子結構的變化。
 
　　他們發(fā)現(xiàn)，在約80萬大氣壓的壓縮下，Eu中也發(fā)生了明顯的價態(tài)變化，而且價態(tài)轉(zhuǎn)變恰好與Eu在相同壓力下的晶體結構變化相吻合；并提出Eu中這種電子重構歸因于所謂的Promotional模型—4f軌道的電子向5d導帶的躍遷導致的結果，為研究稀土元素的價態(tài)變化提供了重要的實驗依據(jù)和理論模型。
 
　　該實驗成果是目前國內(nèi)首次利用共振X射線發(fā)射光譜在如此高的壓力下研究稀土元素4f的電子結構，極大推進了高壓調(diào)控4f電子研究的發(fā)展，同時也為我國同步輻射譜學技術的發(fā)展提供了重要參考。相關研究以《80 GPa左右單質(zhì)金屬銪(Eu)的新價態(tài)轉(zhuǎn)變》為題發(fā)表于《物理評論快報》(Physical Review Letters)。
 
　　(資料來源：中國科學報)
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