强冲击压缩下LiF,Al2O3和LiTaO3 单晶的透光性

在二级轻气炮上,用高速电子相机扫描照相技术和改进的Mallory实验装置,对z切LiF,Al2O3(蓝宝石)和LiTaO3单晶材料的冲击透光性进行了对比测量,并用黑密度计提取出动态图像定量化的光强对比度变化曲线.结果表明,LiF单晶在102GPa压强下能够保持长时间的初始透光性不变,与公认的LiF具有优良的高压下透明性的认识一致.LiTaO3单晶在实验压力(139GPa)下变成基本不透明.而Al2O3单晶在131GPa冲击压力下则表现为透明性逐渐下降直至完全不透明.     

高压下单晶LiF的光学及热力学性质的密度泛函理论研究

采用平面波赝势密度泛函方法,对单晶氟化锂(LiF)在0~500 GPa静水压下的光学性质进行了理论研究,并利用Vinet状态方程和准简谐Debye模型得到了其热力学性质.理论计算结果表明单晶氟化锂(LiF)在0~500 GPa静水压范围内具有良好的透明性,吸收波段随压强的增加而出现了蓝移.计算所得晶格常数、体积模量及其对压强的一阶导数与实验值相符合.     

空位缺陷和相变对冲击压缩下蓝宝石光学性质的影响

为了探究冲击压缩下蓝宝石光学性质的变化行为,本文采用第一性原理方法,在180 GPa的压力范围内计算了蓝宝石理想晶体和含空位点缺陷晶体的光学性质.吸收光谱数据表明,仅考虑压力和温度因素不能解释冲击消光实验的结果,而冲击诱导的氧离子空位点缺陷应该是导致该结果的一个重要原因.波长在532 nm处的折射率数据表明:1)蓝宝石的两个高压结构相变将导致其折射率明显上升;在Corundum和Rh_2O_3相区,其折射率将随冲击压力增大而降低;在CalrO_3相区,压力小于172 GPa时,其折射率随冲击压力增大而缓慢地降低,但172 GPa以上时折射率却随冲击压力增大而逐渐增大;2)空位点缺陷对折射率随冲击压力的变化规律有明显的影响.本文结果不仅有助于增强用空位点缺陷的物理机理来解释蓝宝石冲击透明性损伤现象的可靠性,而且对未来进一步的实验研究以及发展新型窗口材料有重要的参考作用.     

蓝宝石在高压下光学性质及能带结构的从头算模拟

采用量子力学从头算和赝势平面波基组以及GGA-PBE交换相关函数对蓝宝石(α- Al2O3)窗口材料在0－1000GPa静水压力作用下光学性质及能带结构进行了研究。结果表明, 在静水压力作用下可以观察到蓝宝石一直保持良好的透明性,前沿带隙随着压力的增大先变大后变小,而且部分键长有明显变化,即蓝宝石单晶结构在加压过程中发生了原子位置移动而进行了位置重构。     

蓝宝石在高压下光学性质及能带结构的从头算模拟

采用量子力学从头算和赝势平面波基组以及GGA-PBE交换相关函数对蓝宝石(α- Al2O3)窗口材料在0－1000GPa静水压力作用下光学性质及能带结构进行了研究。结果表明， 在静水压力作用下可以观察到蓝宝石一直保持良好的透明性，前沿带隙随着压力的增大先变大后变小，而且部分键长有明显变化，即蓝宝石单晶结构在加压过程中发生了原子位置移动而进行了位置重构。     

LiTaO3晶体高压结构相变的理论研究

利用基于密度泛函理论的平面波赝势结合局域密度近似的从头算方法,计算了LiTaO3晶体在0~200 GPa压力范围内的冷压曲线(P-V/V0)和零温焓,以研究它的高压结构相变.参照同构体LiNbO3的高压相结构,对LiTaO3的菱形相(R3c对称群,室温大气压结构)和正交相(Pbnm对称群)进行计算.结果表明,菱形相压缩线与低压冲击实验数据和静压结果符合较好,而正交相压缩线与扣除热压贡献的高压冲击实验数据相符;正交相更难压缩且各轴向的压缩率不同,对应的常态密度比菱形相高约24%.理论预测的相变起始压力约为23 GPa.由此可见LiTaO3的冲击高压相具有正交对称性,与LiNbO3的室温高压相类似.     

蓝宝石冲击消光晶向效应的第一性原理

蓝宝石的冲击消光现象是高压领域中的研究热点.低压段(86 GPa范围内)的实验研究表明蓝宝石的冲击消光与晶向相关,但在高压段(压力范围:131255 GPa)是否也具有晶向相关性目前尚不清楚.为此,利用第一性原理方法,分别计算了八个不同晶向的蓝宝石理想晶体和含氧离子空位缺陷晶体在高压段的光吸收性质,结果发现:1)蓝宝石在高压段的冲击消光表现出明显的晶向效应,且该效应还随压力增大而增强;一步的数据分析可以看出,在冲击实验采用的波段内,a晶向的消光最弱(透明性最好),c晶向的消光最强与c晶向的消光接近,g晶向的消光要弱于s晶向的消光.鉴于此,如果在高压段开展加窗冲击波实验,建议选择a晶向或m晶向的蓝宝石作为其光学窗口.本文结果不仅有助于深入地认识蓝宝石在极端条件下的光学性质,而且对未来的实验研究有重要的参考作用.     

掺氧化钙及相变对高压下立方氧化锆电子结构和光吸收的影响

研究表明,立方氧化锆可作为冲击波实验中的窗口材料.为了使得该材料在常态下保持结构稳定,需添加稳定剂——氧化钙.然而,掺杂会导致其在29 GPa的冲击压力下从立方转变为斜方Ⅱ结构相.因此,该材料在冲击压缩下的电子结构和光学吸收性质以及作为光学窗口的适用压力范围是值得研究的重要问题.本文运用第一性原理的方法,分别计算了在100 GPa范围内两种结构氧化锆的电子结构和光学吸收性质.结果表明:(1)在立方结构相区,冲击压力将导致其吸收边蓝移,而在斜方Ⅱ结构相区,却使得其吸收边红移;(2)在立方结构相区,掺杂将引起能隙变窄(吸收边红移),但对于斜方II相区,却导致能隙变宽(吸收边蓝移);(3)冲击结构相变使得能隙变窄,吸收边红移.本文数据建议,掺氧化钙的立方氧化锆在95GPa的冲击压力范围内可作为光学窗口材料.     

强冲击压缩下LiF，Al2O3和LiTaO3单晶的透光性

在二级轻气炮上，用高速电子相机扫描照相技术和改进的Mallory实验装置，对z切LiF，Al₂O₃(蓝宝石)和LiTaO₃单晶材料的冲击透光性进行了对比测量，并用黑密度计提取出动态图像定量化的光强对比度变化曲线.结果表明，LiF单晶在102 GPa压强下能够保持长时间的初始透光性不变，与公认的LiF具有优良的高压下透明性的认识一致.LiTaO₃单晶在实验压力(139GPa)下变成基本不透明.而Al_{关键词： 2}O₃')" href="#">Al₂O₃ LiF 3')" href="#">LiTaO₃ 光学透明性     

冲击压缩下蓝宝石光学性质的晶向效应

本文基于第一性原理计算方法,研究了a向、c向和r向蓝宝石理想晶体和含氧离子空位点缺陷晶体在0-180 GPa冲击压力范围内的光学性质.波长在1550 nm处理想晶体的折射率数据表明,在蓝宝石Corundum、Rh2O3以及CalrO_3相区,其折射率分别表现出强、弱以及强的晶向效应.波长在0-250 nm范围内理想晶体的能量损失谱结果指明,在Corundum和Rh_2O_3结构相区,其晶向效应不明显;在CalrO_3结构相,主峰附近的波段范围内,蓝宝石的能量损失谱有一定的晶向效应:c和r向的主峰强度基本相同,但a向主峰强度明显高于c和r向主峰强度.缺陷晶体数据表明:氧离子空位点缺陷对蓝宝石折射率和能量损失谱晶向效应的影响较微弱.     

100 GPa以上冲击压力区蓝宝石的近红外发光

采用三层夹心靶结构,利用铜箔与抛光蓝宝石之间良好的接触条件,使用辐射式高温计观测到c取向蓝宝石在130～172 GPa冲击高压下的红外辐射。实验信号显示,位于近红外波段的蓝宝石冲击辐射随着压力的增加而变强;强度对比显示,蓝宝石的近红外发射强于界面发射。基于冲击作用下滑移带的温度高于冲击平衡温度的概念,将蓝宝石体内滑移带温度作为蓝宝石发射温度代入线性吸收公式,从而将蓝宝石发光强度的增加和界面冷却引起的发光强度下降相结合;将得到的界面一蓝宝石发射强度数值模拟结果与实验结果相比较,发现二者能够重合。由实验信号的上升趋势得到三个压力下0.85μm近红外波长处蓝宝石的冲击吸收系数数值。     

LiNbO_3和LiTaO_3的高压拉曼光谱研究

ＬｉＮｂＯ＿３和ＬｉＴａＯ＿３的高压拉曼光谱研究李玉栋，林远坤，徐勇卫，蓝国祥（南开大学物理系天津３０００７１）Ｈｉｇｈ－ＰｒｅｓｓｕｒｅＲａｍａｎＳｔｕｄｙｏｆＬｉＮｂＯ＿３ａｎｄＬｉＴａＯ＿３Ｃｒｙｓｔａｌ￥ＹｕｄｏｎｇＬｉ；ＹｕａｎｋｕｎＬｉｎ...     

Optoelectronic pressure dependent study of MgZrO3 oxide and ground state thermoelectric response using Ab-initio calculations

The electronic, optical and thermoelectric properties of zirconia-based MgZrO₃ oxide have been studied theoretically at a variant pressure up to 25 GPa. Calculations for the formation energy and tolerance factor reveal the thermodynamic and structural stability of MgZrO₃. To tune the indirect band gap from to a direct band gap, the optimized structure of MgZrO₃ has been subjected to external pressure up to 25 GPa. The optical properties have been discussed in the form of dielectric constant and refraction that brief us about the dispersion, polarization, absorption, and transparency of the MgZrO₃. In the end, the thermoelectric parameters have been analyzed at variant pressure against the chemical potential and temperature. The narrow band gap and high absorption in the ultraviolet region increase the demand of the studied oxide for energy harvesting device applications.     

Raman and IR study of high-pressure atomic phase of nitrogen

Atomic phase of nitrogen has been studied up to pressure 250 GPa and temperature 3300 K using a shear diamond anvil cell. This phase was synthesized both from azide NaN₃ and molecular N₂. The atomic phase has been interpreted as a cubic gauche (CG) structure by means of Raman and IR absorption spectroscopy procedures. The phase transition to CG begins at pressure 50 GPa and room temperature for NaN₃ and at 127 GPa for N₂. Observed pressure dependencies and degeneration of phonon modes, the selection rules for IR and Raman spectra, as well equilibrium pressure between molecular N₂ and atomic phase of nitrogen agree well with theoretical predictions for CG.     

Effect of pressure on the Raman spectra of synthetic diamonds with boron impurity

The raman scattering technique is used for studying diamonds with a 0.04–0.1 at % boron impurity under a pressure up to 3 GPa in a chamber with sapphire anvils. The Raman frequency increases linearly with pressure for all samples with pressure coefficients of 2.947 cm^?1/GPa for pure diamond and 3.01 cm^?1/GPa for boron-doped samples. The Raman linewidths remain unchanged for pure diamond and for diamond with a boron concentration of about 0.04 at % and decrease linearly upon an increase in pressure for samples with a boron concentration of about 0.1 at %. The Raman spectra with a line profile corresponding to the Fano resonance do not change qualitatively up to a pressure of 3 GPa. In diamond samples with a boron impurity exceeding 0.1 at %, the boron concentration in the surface layer can be substantially higher than at the center of the sample.