BaF2高压相变行为的第一性原理研究

通过理论计算研究了BaF₂在高压下的晶体结构及物理性质.结果表明,在3.5和18.3 GPa,BaF₂依次经历了Fm■m-Pnma-P6₃/mmc两次结构相变,相变过程伴随着体积的塌缩,均为一级相变.约15 GP时,Pnma相晶轴压缩性出现异常,表现为随压强增大,晶轴b_o轻微增加,a_o略微减小.对其电子态密度进行分析发现,在16 GPa以后,由于F1原子的p_y+p_z与p_x轨道电子离域,导致其带隙随压强增加而降低.在约20 GPa时,Pnma相完全转变为P6₃/mmc相,相变完成.对BaF₂的拉曼峰位随压强变化进行了计算,为其高压拉曼光谱行为提供了相应的理论依据.计算了P6₃/mmc相在不同压强下的声子色散曲线,揭示了其卸压过程中的滞后机制,计算结果还预测该物相至少可以稳定到80 GPa.     

HoVO4相变的高压拉曼光谱和理论计算研究

利用高温固相反应法制备了纯相的HoVO₄,并在0–21.25 GPa压强范围内测定了HoVO₄的拉曼光谱. 通过分析其拉曼峰的频移和劈裂变化情况,发现HoVO₄在9.3 GPa发生相变. 根据第一性原理选取并优化相似体系的高压晶体结构,将其与HoVO₄的常压锆石矿型I4₁/amd结构进行了能量比较,确认HoVO₄ 相变结构为白钨矿型结构（I4₁/a）. 研究结果表明,HoVO₄具有ScVO₄和YVO₄体系的从锆石矿型结构（I4₁/amd）至白钨矿型结构的相变过程. 分析对应结构相的体积随压强的变化,发现体积坍塌对该相变起重要作用. 上述研究结果有助于了解HoVO₄的高压结构以及该材料在高压特殊条件下的应用. 关键词： 锆石矿型结构 白钨矿型结构 拉曼光谱 第一性原理     

高压拉曼光谱方法研究联苯分子费米共振

测量了0—15 GPa压强下联苯分子的拉曼光谱. 结果表明,随压强增加,分子内和分子间π-π共轭和离域效应增强,谱线的绝对强度变大、蓝移. 联苯分子的两费米共振谱线强度比R_f/a减少,频率差Δ增加,当压强为8 GPa时,费米共振现象消失,利用Betran理论得出了固有频率差Δ₀和耦合系数ω随压强的变化关系,通过高压下相变进行了解释,并探讨了高压下费米共振耦合变弱的机理. 关键词： 联苯 费米共振 高压 拉曼光谱     

压力对有机半导体均苯四甲酸晶体结构转变和电子性质的影响

研究高压条件下均苯四甲酸(C₁₀H₆O₈)材料的结构和性质对探索有机半导体材料的应用有积极意义.基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,开展了0-300 GPa压强下C₁₀H₆O₈晶体的结构、电子和光学性质的研究.晶格常数在压强20 GPa和150 GPa下出现了明显跳变,且原子之间随着压强变化反复地出现成键/断键现象,表明压强可诱导晶体结构变化.电子结构的性质表明,0 GPa的C₁₀H₆O₈晶体是带隙为3.1 eV的直接带隙半导体,而压强增加到150 GPa时,带隙突变为0 eV,表明了晶体由半导体转变为导体.当压强为160 GPa时,晶体又变成了能隙约为1eV的间接带隙半导体,这可能是费米能级附近仅受O-2p轨道电子影响所导致.通过对C₁₀H₆O₈晶体介电函数的分析,再次验证了晶体在150 GPa时发生了结构相变.同时...     

第一性原理研究硫化镉高压相变及其电子结构与弹性性质

采用第一性原理研究了CdS的六方纤锌矿(WZ), 立方闪锌矿(ZB) 和岩盐矿(RS)相在高压条件下的相稳定性、 相变点、电子结构以及弹性性能.WZ相与RS 相可以在相应的压强范围内稳定存在, 而ZB相不能稳定存在.压强大于2.18 GPa时, WZ相向RS相发生金属化相变.WZ相中S原子电负性大于Cd, 且电负性差值小于1.7, CdS的WZ相为共价晶体.高压作用下, S原子半径被强烈压缩, 有效核电荷增加, 对层外电子吸引能力提高, 电负性急剧增大, 导致S与Cd的电负性差值大于1.7, CdS的RS相以离子晶体存在. WZ相的C₄₄随压强增加呈下降趋势, 导致WZ相力学不稳定, 并向RS相转变.当压强大于2.18 GPa时, RS相C₁₁, C₁₂随压强增加而增大, 并且C₄₄保持稳定, 说明RS相具有良好的高压稳定性与力学性能. 关键词： 第一性原理 相变 电子结构 弹性性质     

压电材料Na0.5K0.5NbO3高压相变的拉曼光谱研究

Na_0.5K_0.5NbO₃是一种不含铅的新型压电材料。理解该物质在高压下的晶体结构变化,有助于深入认识并提高其材料的稳定性及压电性能。然而目前关于该物质在高压下的相结构演化过程还缺少实验研究。本工作采用基于金刚石对顶砧(DAC)的高压拉曼光谱技术,研究了Na_0.5K_0.5NbO₃的高压拉曼光谱特性与压致相变行为。研究发现Na_0.5K_0.5NbO₃在高压环境下由于NbO₆八面体的振动模式发生改变,会依次发生正交相到四方相和四方相到立方相的可逆相变过程,其相变压力分别为4.0～5.5 GPa和5.5～6.4 GPa。     

二维层状材料FePSe3的高压物性

FePSe₃在高压下会出现半导体到金属的转变、超导电性以及高自旋到低自旋的转变等多种有趣的物理现象，但目前对其在高压下的晶体结构分析仍以理论研究为主，结构的不确定阻碍了对其物理性质的深入研究。为此，利用金刚石对顶砧结合高压拉曼光谱、高压同步辐射X射线衍射以及高压电输运测量，对FePSe₃在高压下的行为进行了研究。结果表明，FePSe₃在低于60.0 GPa的压力范围内经历了3次结构相变，完成了LP—HP1—HP2—HP3的转变。首次在实验上观测到FePSe₃的高压新相HP2和HP3，并给出其可能的空间对称群。HP2相和HP3相具有超导电性，超导温度随压力的升高而降低，致使超导相图呈现“穹顶”状。研究结果为进一步厘清FePSe₃的压致相变行为提供了重要的实验支撑。     

酞菁晶体结构与荧光性质的压力调控

酞菁是一种重要的有机光电材料,关于其晶体结构和光电性质间的内在关联尚存争议.本文利用高压原位拉曼散射光谱及荧光光谱技术对酞菁晶体在高压下的结构转变和光学性质进行了研究.当压力达到12.0 GPa时,酞菁分子本身仍保持稳定,没有发生开环反应.酞菁晶体结构在压力作用下由α相逐渐转变为χ相,这一转变在卸压后恢复到初始α相.酞菁的高压荧光光谱研究表明,荧光强度随压力增高而衰减,至3.0 GPa时消失.高压下酞菁分子间所形成的激基缔合物荧光受抑制,而常压下α相酞菁中观察不到的酞菁分子荧光在高压下出现,这可能与酞菁晶体中呈平行排列的分子之间在压力下重叠程度减小有关.     

碳酸铅在不同传压介质下的高压拉曼研究

为研究PbCO₃在高压下的稳定性,利用金刚石对顶砧技术,采用NaCl固体、甲醇-乙醇-水混合液体(16∶3∶1)和甲醇-乙醇混合液体(4∶1)做传压介质,开展了PbCO₃的高压拉曼实验,最高压强分别达到24.5、25.0和67.0 GPa。研究发现,PbCO₃在10、15和30 GPa左右发生相变,在静水压强条件下CO^2-₃基团的ν^2-外弯曲振动模出现了软化现象。通过对比得到不同传压介质中PbCO₃的Grüneisen参数γ,发现相变机制略有不同,并且压强对晶格振动的影响CO^2-₃基团的影响大,这是由Pb²⁺―O键的键长较大造成的。在所研究的压强范围内,PbCO₃没有发生分解或非晶化,30.0 GPa以上出现的PbCO₃-Ⅳ相直至67.0 GPa都很稳定。     

高压下Zn2GeO4带隙变化的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Zn₂GeO₄晶体在高压下的电子结构和带隙变化行为. 研究结果发现, 随着压强的增加, Zn₂GeO₄ 能带间隙先变大, 在压强为9.7 GPa时达到最大值, 然后减小. 通过电子态密度、电荷布居数和电子差分密度分布图的研究分析可知:在低压区域(0< P< 9.7 GPa), 带隙的变大主要是由于原子间距离的减小造成的共价性增强和Ge原子随压强的变大局域性增强引起的; 在高压区域(P>9.7 GPa), 则是出现了离域现象, 诱发了离域电子的产生, 从而使带隙减小.     

压力诱导CsCu2I3不可逆非晶化和金属化

近年来，压力作用下卤化物钙钛矿的结构和性质引起了科学家们的极大兴趣。然而，对于高压下钙钛矿非晶相的潜在性质和应用仍缺乏深入系统的研究。利用金刚石对顶砧，结合原位高压同步辐射X射线衍射、原位高压拉曼光谱、高压变温电学测量技术，对准一维卤化物钙钛矿CsCu₂I₃在高压下的非晶化行为进行了系统的研究。结果表明：CsCu₂I₃在35.9 GPa以上开始出现可逆的压致非晶化，形成低密度的非晶态Ⅰ相；在更高压力下，发生由低密度到高密度的非晶转变，形成非晶态Ⅱ相，并可以截获至常压条件。进一步的电学实验表明，136.0 GPa时，CsCu₂I₃发生了由绝缘体向金属相的转变，对高压下金属相的非晶态进行卸压电阻测试，发现其金属特性至少可稳定至90.0 GPa。这些结果为进一步探索非晶钙钛矿的潜在性质和应用提供了重要的科学依据。     

BaBPO5晶体晶格振动光谱研究与第一性原理计算

通过偏振拉曼光谱和第一性原理计算对非线性光学晶体BaBPO₅的 晶格振动模式进行了研究. 实验得到了不同几何配置下、在100–1600 cm^-1范围内的晶体偏振拉曼光 谱与傅里叶变换红外吸收谱, 结合因子群分析方法研究了晶体的外振动与内振动模式特征. 分析表明拉曼振动主要来自于PO₄四面体和BO₄四面体的振动, 且PO₄基团振动具有较强的拉曼与红外活性. 此外,根据第一性原理对晶体拉曼振动进行了数值模拟, 进一步明确了拉曼峰与晶体中原子振动的对应关系, 计算表明拉曼光谱中位于672 cm^-1峰位来自晶体中B–O–P键的伸缩振动, 这是晶体中PO₄四面体和BO₄四面体共顶点连接的特征结构在光谱中的体现.     

高压下L-丝氨酸的拉曼光谱研究

压力可以引起蛋白折叠与变性。作为蛋白质的基本构成单位,氨基酸在高压下的变化近来年备受关注。在常见的20种氨基酸中,学者们利用高压拉曼技术已研究了多种氨基酸在高压下的变化,研究的最高压力达到30 GPa。为了探究L-丝氨酸(C₃H₇NO₃)在极高压力下的结构变化情况,采用原位高压拉曼技术在常温下对L-丝氨酸晶体进行研究,最高压力达到22.6 GPa。研究发现,当压力达到2.7 GPa时,在102 cm-1处出现新峰,在1 123 cm-1(NH₃反对称摇摆振动)处的特征峰出现劈裂;当压力达到5.4 GPa时,L-丝氨酸晶体在574 cm-1处出现新峰,同时原来164 cm-1处峰消失;当压力达到6.0 GPa时,位于226,456,770和2 968 cm-1(CH₂伸缩振动)等处出现新峰,877 cm-1处的CC伸缩振动峰发生劈裂,产生894 cm-1新峰;当压力达到7.9 GPa时,在145,151和2 946 cm-1等出现新峰,同时原在CO₂摇摆振动峰的肩峰531 cm-1消失;当压力达到11.0 GPa时,位于249 cm-1处的振动峰开始劈叉,在241 cm-1处形成新峰,位于2 956 cm-1(CH₂伸缩振动)同时原位于391和431 cm-1处的峰消失;当压力达到17.5 GPa时,在200 cm-1处出现新峰。通过进一步分析L-丝氨酸的拉曼波数随压力的变化,发现很多拉曼峰在1.37,2.2,5.3,7.46和11.0 GPa以及15.5 GPa等压力点处都出现了拐点。其结果表明：L-丝氨酸在0.1～22.6 GPa之间共发生7处结构相变,分别位于压力区间0.1~1.37,2.2~2.7,5.3,6.0,7.46~7.9,10.1~11.0和15.5~17.5 GPa之间。而且,在6.0 GPa新的相变点在之前文献中未论述过。由于L-丝氨酸晶体在6.0 GPa时CC伸缩振动峰发生劈裂,这现象可能是由于压力引起L-丝氨酸晶体分子发生重排导致的,同时L-丝氨酸晶体分子重排导致氢键发生重排,使得L-丝氨酸晶体出现新的CH₂伸缩振动峰。L-丝氨酸晶体在10.1~11.0 GPa之间的拉曼光谱变化主要集中在低波数段,该波数段的拉曼振动模式主要与晶体晶格振动等低能量振动有关。同时在高波数段出现新的CH₂峰,由此可推测在10.1~11.0 GPa之间,L-丝氨酸晶体的晶格振动发生变化,产生了新的氢键,从而导致了L-丝氨酸晶体结构的改变。L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间,由于没有发现直接证据证明其发生结构相变,只是在拉曼波数随压力变化中,发现其在17.5 GPa时出现拐点,因此推测L-丝氨酸晶体在15.5~17.5 GPa之间可能发生结构相变。     

自受激拉曼晶体Nd3+:SrMoO4的光谱性质研究

通过拉曼散射光谱，吸收光谱，荧光发射寿命和808 nm LD激发下的红外荧光光谱的实验测量，系统研究了Nd³⁺:SrMoO₄晶体的自受激拉曼光谱性质.分析指认了拉曼散射光谱中各拉曼峰所对应的晶格振动模式，得出了其SRS活性最强的声子频率约为898 cm^-1，对应于(MoO^2-₄)离子团的完全对称光学伸缩振动A_g模；通过J-O理论对晶体的吸收谱进行了全面的光谱参数计算，得出⁴F_3/2→⁴I_11/2跃迁的积分发射截面达0.57×10^-18 cm²，自发辐射概率为141.06 s^-1；同时，实验测得该跃迁的荧光发射寿命约为0.2 ms.最后，结合808 nm LD激发下的红外波段荧光光谱，论证了SrMoO₄晶体中Nd³⁺离子1068 nm发射通过拉曼频移获得1180 nm一级斯托克斯激光发射的可能性，为Nd³⁺:SrMoO₄晶体的自受激拉曼激光器研究提供了理论依据. 关键词： 3+离子')" href="#">d³⁺离子 4 晶体')" href="#">SrMoO₄ 晶体 自受激拉曼散射     

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     

高压下BaF2光学性质的模拟计算

探寻新的冲击窗口材料是高压科学领域中的一个重要课题.为此,在100 GPa范围内,通过第一性原理方法计算了BaF₂晶体的吸收谱以及在532 nm处的折射率.结果表明:1)压力和结构相变因素不会引起BaF₂晶体在可见光区域出现光吸收;氟和钡空位点缺陷的存在将使得BaF₂吸收谱的吸收边红移,但这些红移行为不会导致该材料在可见光区域内出现光吸收的现象,由此可以初步推测,BaF₂晶体有成为冲击窗口材料的可能. 2) BaF₂的折射率在其三个结构相区都随压力的增大而增大,并且BaF₂的高压相变也使得其折射率升高;钡空位点缺陷的存在将导致其折射率减小,而氟空位点缺陷却引起其折射率增加.     

ZrV2结构、弹性和热力学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法研究ZrV₂的晶体结构和弹性,利用准谐Debye模型计算在不同温度(T=0~1200 K)和不同压强(P=0~20 GPa)下ZrV₂的热力学性质,包括弹性模量与压强,热熔与温度,以及热膨胀系数与温度和压力的关系.结果表明:计算的ZrV₂晶格常数与实验值符合较好,晶体材料的弹性常数随着压力增加而增加;在一定温度下,相对体积、热熔随着压强的增加而减小,德拜温度、弹性模量随着压强的增加而增加,且高压下温度对ZrV₂热膨胀系数的影响小于压强的影响.     

Bi2ZnOB2O6单晶偏振拉曼光谱

本文通过分析不同几何配置下的偏振拉曼光谱对非线性光学晶体的晶格振动模式进行了研究. 首先根据因子群分析,将晶体的振动模按晶体对称群的不可约表示进行分类,其次测量了晶体在10–1600 cm^-1范围内,不同几何配置下的偏振拉曼光谱,并在此基础上指认了晶体的晶格振动模式. 300 cm^-1以下的振动峰,归结为晶体的外振动,来自[BiO₆],[ZnO₄],[BO₄]和[BO₃]原子基团的平动和转动;300cm^-1以上为晶体的内振动,主要与Bi-O,和Zn-O键振动有关. 晶体拉曼光谱中最高振动频率达到1407 cm^-1,被指认为[BO₃]三角形中B-O键的伸缩振动,体现了[BO₃]基团中高的电子非局域化程度. 关键词： 2ZnOB₂O₆单晶')" href="#">Bi₂ZnOB₂O₆单晶 偏振拉曼光谱 振动模式     

PbMoO4晶体生长基元和生长习性的高温拉曼光谱研究

应用高温拉曼光谱研究了PbMoO₄熔体中的生长基元.通过对不同温度下PbMoO₄晶体拉曼光谱和熔点温度附近熔体高温拉曼光谱的研究,发现PbMoO₄熔体中存在Pb²⁺阳离子和［MoO₄］^2－阴离子生长基元.进一步讨论了PbMoO₄晶体生长基元和各个低指数晶面间的相互作用,解释了晶体的生长习性和枝晶生长的原因,并指出:PbMoO₄晶体生 关键词： 钼酸铅晶体 枝晶 籽晶取向 拉曼光谱     

高压下BaHfO3电子结构与光学性质的第一性原理研究

从第一性原理出发,在局域密度近似下,采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势计算方法系统地研究了高压对BaHfO₃电子结构与光学性质的影响.能带结构分析表明;无压强和施加正压强作用时,BaHfO₃为直接带隙绝缘体,而施加负压强时,BaHfO₃则转变为间接带隙半导体;BaHfO₃的带隙随压强增加而减小,且具有明显的非线性关系.对光学性质的分析发现:施加正压强后,光学吸收带边产生蓝移;负压强作用时介电函数虚部尖峰减少,光学吸收带边产生红移;施加压强后BaHfO₃的静态介电常数和静态折射率均增大.上述研究表明施加高压有效调制了BaHfO₃的电子结构和光学性质,计算结果为BaHfO₃光电材料的设计与应用提供了理论依据.