作者:肖万生等 来源:《美国矿物学家》 发布时间:2012-9-12 14:48:48
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研究发现PbGeO3立方钙钛矿高压新相
 
铅是一种重要的地球化学示踪元素,它在高压下的晶体化学行为决定其在地幔中的赋存方式。Pb2+离子具有6s2价电子结构,这种孤对电子的空间极化效应导致其异于碱土金属离子的晶体化学特征。下地幔主要由碱土金属硅酸盐钙钛矿矿物组成,在这种环境中Pb2+离子能否进入硅酸盐钙钛矿结构中,决定于高压下其空间极化效应能否被完全抑制,从而表现出与碱土金属离子相似的晶体化学行为。探讨这一科学问题的途径之一是了解高温高压条件下PbSiO3或其类似物PbGeO3是否能转变成具中心对称的钙钛矿结构。
 
中国科学院广州地球化学研究所肖万生课题组与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及美国卡内基研究院地球物理研究所的研究人员合作,利用金刚石压腔高压装置,对经高温高压处理的PbGeO3样品在北京同步辐射装置(BSRF)上进行高压原位X射线衍射测试,发现了一个新的PbGeO3立方钙钛矿高压相(Phase II),表明下地幔压力条件下Pb2+离子的空间极化效应被完全抑制,在下地幔中Pb2+很可能类质同象替代Ca2+进入CaSiO3钙钛矿这种下地幔主要矿物相中。PbGeO3立方钙钛矿高压相(Phase II)随压力变化表现出正常的压缩性行为,并在较低压力时发生非晶化,而没有转变成已有文献报道的PbGeO3立方钙钛矿低压相(Phase I)。PbGeO3立方钙钛矿的Phase I与Phase II具有相同的晶体结构,但体积相差~9%,这一现象与我们首次发现的PbCrO3立方钙钛矿压致等结构相变这一电子相变新类型(PNAS, 2010, 107, 14026-14029)非常类似。
 
该实验结果是与过渡金属元素无关的化合物中可能存在压致电子相变现象的重要线索,为相似电子结构相变现象的寻找和相关新材料的发现,提供了新的模板和思路。
 
该研究结果最近发表在《美国矿物学家》(American Mineralogist)上(2012, 97, 1193-1198),相关的后续研究工作正在进行中。(来源:中国科学院广州地球化学研究所)
 
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