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.     

Al_2O_3从CaIrO_3结构转变为U_2S_3结构的相变对其高压下光学性质的影响

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理方法,计算了Al_2O_3晶体在高压下的光学性质.结果表明:(1)Al_2O_3从CaIrO_3结构转变为U_2S_3结构:将使得其吸收谱主峰值强度增强、副峰值强度显著减弱、主副谱峰均红移以及光谱吸收边出现巨大的红移.(2)结构相变将引起Al_2O_3折射率谱峰值强度减弱和谱峰数增加;同时,在波长为400-2000 nm的范围内,结构相变将导致Al_2O_3折射率显著增大.本文的计算结果为未来进一步的实验研究提供了参考信息.     

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.     

下地幔硅酸盐矿物的结构和电子相变对其高压下光学性质的影响

基于第一性原理平面波超软赝势法并结合局域密度近似,计算了(Mg_(0.875),Fe_(0.125))SiO_3钙钛矿和(Mg_(0.9),Fe_(0.1))SiO_3后钙钛矿晶体在高压下的光学性质.计算数据表明:(1)钙钛矿的结构相变将导致其吸收性增强,证实了基于实验数据的推断.(2)后钙钛矿二价铁吸收带的波数位置与实验观测结果相近.(3)在后钙钛矿相区,压力将导致吸收带的强度缓慢增加,但二价铁自旋态的转变对其吸收谱的影响却非常微弱.(4)钙钛矿的结构相变将导致其折射率升高;在后钙钛矿相区,压力及自旋态转变对折射率的影响不明显.(5)波数大约在12500 cm~(-1)以下,后钙钛矿折射率随波数的增加而降低,钙钛矿的折射率则变化不大;波数大约在12500 cm~(-1)以上,钙钛矿折射率随波数的增加而增大,后钙钛矿的折射率则显著上升.     

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.