铈的高压相变与物性研究

Cerium is a typical non-radioactive f-electron transition metal, being a research focus of high-pressure physics and strongly correlated electron fields due to its unique electronic structure and condensed matter phase polymorphism. In addition, Cerium is considered as a ideal module to study high pressure properties of heavy actinides because similarities of their high pressure phase transition and compressibility. There are numerous controversies about high pressure phase, phase transition route, phase transition mechanism, phase diagram, and phase boundary according to the experimental and theoretical reports. Furthermore, only a few studies about compressibility has been reported under ultra high pressure. This project focuses on the “High pressure phase transition and physical properties of cerium” of NSFS foundation using in situ synchrotron X-ray diffraction technique to study the phase transition under 80 GPa pressure and the effect of different hydrostatic conditions on high pressure physical parameters. Experimental techniques of study of strong oxidizing materials high pressure phase transition can be built. The project will not only deepen the awareness of the high-pressure nature of the high-pressure behavior of cerium, but also provide important experimental data to understand the high pressure phase transition and compressibility of heavy actinides.

铈是一种典型的非放射性f电子过渡金属，由于它独特的电子结构以及凝聚态相的多态性，它一直是高压物理和强关联电子领域的热门研究对象。人们关注铈的另一个重要原因是它与重锕系元素的高压相变与压缩性质有很多相似之处，可以作为研究重锕系元素高压性质的理想模拟材料。目前，对铈的高压相变实验与理论研究已有相当多的报道，但在其高压相结构、相变序列、相变机制、相图和复杂的相界位置等研究方面还存在一些异议，超高压下的压缩性质研究还比较少。本项目以NSFS联合基金明确目标课题“铈的高压相变与物性研究”的研究任务为目标，利用成熟的原位高压同步辐射X射线衍射技术，进行80GPa以下铈的结构相变规律，以及不同的静水压条件对其高压物性参数的影响规律的研究；同时建立强氧化性材料高压相变研究的实验技术。该项目研究不仅能加深对铈的高压性质与高压行为的认知，也将为深入理解重锕系元素的高压相变与压缩性质提供重要的参考实验据数。

铈是一种典型的非放射性f电子过渡金属，由于它独特的电子结构以及凝聚态相的多态，它一直是高压物理和强关联电子领域的热门研究对象。人们关注铈的另一个重要原因是它与重锕系元素的高压相变与压缩性质有很多相似之处，可作为重锕系元素高压性质研究的理想模拟材料。目前，对铈的高压相变实验与理论研究已有相当多的报道，但在其高压相结构、相变序列、相变机制、相图和复杂的相边界位置等研究方面还存在一些异议，超高压下的压缩性质研究还比较少。本项目是以NSFS联合基金明确目标课题“铈的高压相变与物性研究”的研究任务为目标，利用成熟的原位高压同步辐射X射线衍射技术，进行80GPa以下铈的结构相变规律，以及不同的静水压条件对其高压物性参数的影响规律的研究；同时建立易氧化性材料高压相变研究的实验技术。该项目研究不仅能加深对铈的高压性质与高压行为的认知，也将为深入理解重锕系元素的高压相变与压缩性质提供重要的实验参考数据。.利用金刚石压砧原位高压同步辐射X射线衍射技术，在美国Brookhaven国家实验室、康奈尔大学同步辐射光源，以及北京高能所和上海光源，对金属铈在硅油、甲乙醇（4:1）、氯化钠以及液化的惰性气体氦、氖、氩等多种传压介质80GPa压力下的结构相变规律进行了系统的研究，获得了在这些不同传压介质环境80GPa压力下的等温状态方程，发现了其在5GPa压力附近的高压相变序列的一些奇特新现象，首次观察到了α-α’’-α’-ε的新的相变序列，以及α-Ce、α’-Ce、α’’-Ce三相共存状态。探讨了不同的静水压环境对其体弹模量、轴压缩率、c轴a轴比c/a等高压物性参数的影响规律，以及不同的加压速率对其高压相变序列的影响。还进行了2种铈镧合金高压相变的初步探索，获得了它们的高压相变序列。建立了易氧化材料样品的封装及高压相变研究的实验技术，在中物院实验室内搭建了短波长X射线原位高压实验系统。培养的一名参研青年熟练掌握了金刚石压砧相关的超高压实验技术，以及高压实验数据处理技能，并能够独立进行相关的原位高压实验研究。