高温高压下典型IV族氧化物MO2(M=C,Si)的相变边界行为与性质研究

The phase diagram of group IV dioxides MO2(M=C,Si), containing different bonding type and structural characteristics, possesses plenty of high temperature and high pressure (HTHP) structures, so these phase boundary behavior and properties are complicated, and contain numerous physical content and problems. In this project, using in-situ HTHP Brillouin scattering and Raman/infrared scattering spectrum technique, together with synchrotron x ray diffraction, absorption and inelastic scattering techniques and theoretical simulations, the elastic and lattice vibrations of single crystal carbon dioxide and silica would be investigated around the phase boundaries. The HTHP data and phenomenon related with lattice/electronic structure and property change around phase boundaries would be systematically accumulated and analyzed. The feature and variation of physical properties near phase boundary in molecular and ionic crystal, such as elastic, lattice vibration, would be summarized, and their influence on phase transition mechanism and dynamics would be investigated. This research may provide not only a way of getting better knowledge of phase boundary behavior and properties in group IV dioxides, but also the experimental and theoretical base for establishing a universal method to study the phase boundary behavior and properties under HTHP conditions.

含有不同成键类型和结构特点的典型IV族氧化物MO2(M=C,Si)具有丰富的相图结构，在它们相变边界附近的行为和性质变化蕴藏了丰富的物理问题，其研究对于深刻理解相变机制等具有重要科学意义，但目前还没有关于此类研究的系统报道。本项目拟采用原位高温高压布里渊与拉曼(红外)散射相结合的可见光谱技术，及同步辐射x射线衍射、吸收、非弹性散射等实验方法和理论模拟计算，通过对单晶态样品的高温高压研究，获得相变边界附近的弹性和晶格振动等行为特征与变化规律，积累在相变边界附近与晶格/电子结构、性质变化有关的高温高压实验数据和现象，总结分子晶体与原子晶体在相变边界附近的弹性、晶格振动等物理参数的变化规律，探索其对相变机制和相变动力学的影响。通过该项目的实施不仅可以加深对高压下典型IV族氧化物的相变边界行为与性质的认知，而且还可以为建立具有普适性的高温高压下相变边界行为及性质研究的新途径提供实验和理论依据。

二氧化碳和二氧化硅一直以来都是高压界研究的热点课题，在物理、能源、材料、环境和地质等研究领域都备受关注。但是在其高温高压相变边界附近的弹性、晶格稳定性和电子结构变化与相变的关系等方面的研究还需要进行更多系统深入的实验和理论研究，我们以二氧化碳和二氧化硅为主要研究对象进行了高温高压相变边界附近的性质、行为变化研究，以获得不同相互作用体系的相边界性质和特征，更全面了解物质在相变边界附近行为和性质变化的规律及它们与相变的内在关联。.本项目中，我们采用原位高温高压金刚石对顶砧拉曼散射和布里渊散射光谱技术，结合高温高压同步辐射X 射线衍射技术，研究了单晶二氧化碳和二氧化硅的高温高压声速与弹性信息，获得了其状态方程密度变化规律，发现了具有分子晶体特征的二氧化碳在其相转变区域附近的弹性稳定特征，分析了温度和压力路径对其相变的影响和规律；我们还研究了硅烷、乙硅烷、硫化氢等其他几种典型具有丰富相图结构的单晶小分子体系，对其相变边界附近的声速、弹性和晶格振动等行为进行了研究，分析了其在高温高压下发生结构相变的特征和规律，为加深理解各种不同相互作用体系中相变边界附近的行为与性质变化规律提供了重要实验数据。