【摘 要】
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高压下物质呈现众多的新结构和新性质,是发现和截获具有新颖性质的新型材料的重要源泉.高压会引发众多常压下难以观察到的新奇物理现象,对于丰富和发展凝聚态理论具有特
【机 构】
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临沂大学,山东省临沂市双岭路中段临沂大学凝聚态物理研究所,276000
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高压下物质呈现众多的新结构和新性质,是发现和截获具有新颖性质的新型材料的重要源泉.高压会引发众多常压下难以观察到的新奇物理现象,对于丰富和发展凝聚态理论具有特殊的优势.过渡金属元素的d电子在发生化学反应时参与化学键的形成,可以表现出多种的氧化态.在过渡金属中,Hg、Cd和Zn通常只有s电子参与形成化学键,d电子没有参与成键,意味着Hg的最高氧化态为+2,所以被称为后过渡金属而不是真正意义上的过渡金属.我们选取HgFx(x=2,3,4,5,6)作为研究对象,采用第一性原理计算方法并结合CALYPSO结构搜索技术,在0到300 GPa的范围进行了研究[1,2].计算表明HgF5和HgF6在研究的压力范围内都不稳定,HgF2、HgF3和HgF4在一定的压力范围内都可以存在,其中HgF4的d电子与F形成化学键,形成典型的d8电子构型,HgF3在200 GPa后比HgF4更趋于稳定,具有铁磁特性,对可见光透明.电子特性分析显示,在高压下Hg可以失去d电子,呈高氧化态(＞+2),从而表现出过渡金属的特性.通常情况下,惰性气体很难进行化学反应,在高压下是否反应成为高压凝聚态物理的另一个重要研究课题.Xe由于是满壳层结构不容易得失电子从而表现出化学惰性,对于惰性气体的氧化能力,即得电子形成阴离子,还没有研究或者报道.我们通过第一性原理电子结构计算结合有效的结构搜索方法,发现Xe、Kr和Ar分别在125 GPa、250 GPa和250 GPa压强下与Mg形成稳定的化合物[3].这些化合物呈现金属特性并且惰性气体原子带负电荷,表明电子满壳层的元素也可以得电子,从而填充至满壳层外层的轨道.不仅如此,高压下Mg-NG(NG=Xe、Kr、Ar)形成电子化合物,电子局域在间隙位置被周围的原子隔开,成为填隙准原子(ISQ),在Xe的5d轨道和ISQ之间存在着很强的相互作用,表明有强化学键形成和电子转移.氙气在高压下表现出的活性,为理解地球上氙气消失之谜提供了新思路.
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