非静水压下稀土倍半氧化物的剪切力诱导相变

非静水压条件下的剪切力对立方稀土倍半氧化物(Re2O3)的相变路径产生显著影响。应用同步辐射X射线衍射，拉曼散射结合金刚石对顶砧(DAC)高压技术从实验上研究非静水压条件下立方Re2O3的结构相变行为，探索Re2O3的相变路径和相变压力随剪切力变化规律。结合第一性原理计算，模拟该体系在三轴加载的非静水压条件下的结构相变行为，通过对不同程度非静水压条件下三相的吉布斯自由能的计算得到相变压力随着剪切力增加而变化的规律。从实验和理论两方面揭示非静水压条件下剪切力大小与Re2O3相变路径和相变压力的关系。阐明剪切力对Re2O3相变路径和相变压力作用的物理机制。这一研究对固体物理以及材料科学有重要理论和实践意义。

应用同步辐射X射线衍射和拉曼散射结合金刚石对顶砧(DAC)高压技术对稀土倍半氧化物（Ln2O3）非静水压力下的结构相变行为进行了系统研究；通过对不同结构相的吉布斯自由能的计算，从实验和理论两方面揭示了剪切力与Re2O3相变路径和相变压力的关系，阐明如下几个方面的问题：. 1)常压下的Ln2O3存在三种结构：六方(A型)、单斜(B型)和立方(C型)。非静水压力条件下，中型Ln2O3表现出与静水压力环境下完全不一样的相变路径。立方的Eu2O3和Gd2O3静水压下相变途径为C→A，而在剪切力作用下出现C→B→A相变。. 2) 剪切力的作用使得相应的相变压力降低， Dy2O3在静水压条件下，7.7GPa时发生C→B相变，而非静水压下3.7GPa就观察到C→B相变，对相应的作用机制进行了讨论。. 3）根据实验结果，得出C→B, B→A 以及C→A相变压力随着稀土元素原子序数增加，以及稀土离子半径减小而升高。. 4）对于同一Ln2O3的不同相的体弹模量，A相的体弹模量最大，C相次之，而B相的体弹模量最小。此外，不同Ln2O3体弹模量随离子半径减小递增。 . 5 )对于某一Ln2O3的 C→B，B→A以及C→A相变压力之间存在如下关系：P (C→A )=0.8P(C→B) + 0.2P(B→A)。. 此外，搭建了红宝石荧光测压装置及在线原位拉曼测量探头装置，可以在BL15U线站实现压力和拉曼散射谱的原位测量。