镧系稀土倍半氧化物高压结构相变的系统研究

稀土倍半氧化物因其优异的光、电、磁等性能有着广泛的应用。稀土元素三价离子所具备的独特电子层结构，导致其氧化物具有丰富的结构信息，因此在温度、压力等热力学条件下研究其晶体结构的变化，成为凝聚态物理和材料科学领域所关注的热点之一。相对于温度研究，高压下的研究尚少而且局限，已有研究在相变途径上存在着很大的分歧。项目拟系列地选取在常规条件下稳定存在的镧系元素倍半氧化物，利用同步辐射原位高压X射线衍射测量，并辅助高压Raman光谱测试以及第一性原理计算，对其高压下及高温高压下的晶体结构相变进行综合测试和系统地研究。探讨不同结构类型稀土氧化物在高压下的相变规律，及其促成这些结构变化的压力和温度条件。澄清已有研究中存在的争议问题，并试图发现一些新的尚未发现的结构相变类型。为相关高压晶体学和凝聚态物质的高压研究提供有参考价值的实验依据。

在温度、压力等热力学条件下稀土倍半氧化物具有丰富的结构信息，是凝聚态物理和材料科学领域所关注的热点之一。相对于温度研究，高压下的研究尚少而且局限，已有研究在相变途径上还存在着一些分歧。本项目研究的目的是通过对镧系元素倍半氧化物（Ln2O3）进行系统的实验研究，得到稀土倍半氧化物在高压下的结构信息和相变规律，澄清已有研究中存在的争议问题，并试图发现一些新的尚未发现的结构相变类型。我们系列地选取了9种常温常压下稳定存在的Ln2O3，利用同步辐射原位高压X射线衍射测量以及高压Raman光谱测量，对其在高压下的晶体结构相变进行了系统的测试和研究，分析和总结了不同类型Ln2O3的相变规律，并得到相变压力与稀土阳离子半径之间的内在联系。针对中等离子半径C型结构Ln2O3的相变路径不一致问题，我们给与了特别的关注，通过设计不同的实验发现剪切力会导致对称性低的结构出现，对已有文献报道中的结果差异给出了解释。针对A型结构Ln2O3在更高压力下能否出现新的相变问题，我们设计并完成了一些难度很高的兆巴压力实验，得到了初步的结构信息。在稀土倍半氧化物研究的基础上，我们还扩展了研究计划，结合激光加温技术和高压衍射测量，研究了ABO3型稀土化合物以及镓石榴石稀土化合物的高温高压结构相变。以上研究结果，为深入了解凝聚态物质在高压下的结构和行为提供了实验依据。