稀土元素是現(xiàn)代科技中不可或缺的元素。北京高壓科學(xué)研究中心研究員丁陽帶領(lǐng)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)在高壓稀土金屬價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變研究領(lǐng)域獲重要進(jìn)展。相關(guān)研究6月27日發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》。

價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變—價(jià)電子數(shù)的變化，是稀土金屬及其化合物中普遍存在的物理現(xiàn)象，反映了局域4f電子在外界(比如壓力、摻雜、溫度)作用下向非局域化轉(zhuǎn)化的過程，而這種非局域化轉(zhuǎn)化標(biāo)志著材料中大規(guī)模電子關(guān)聯(lián)的開始。在此過程中，由于局域電子和非局域價(jià)電子之間的競(jìng)爭(zhēng)等相互作用，稀土元素會(huì)衍生出許多奇異的量子現(xiàn)象，如價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變、金屬到絕緣體的轉(zhuǎn)變、超導(dǎo)等，而這些都會(huì)極大影響稀土元素的磁、光、電等物理性質(zhì)。

在該研究中，研究人員使用同步輻射X射線共振發(fā)射光譜和X射線衍射技術(shù)，探測(cè)了Eu在高壓下的電子和晶體結(jié)構(gòu)變化，壓力高達(dá)160萬大氣壓。他們發(fā)現(xiàn)，在約80萬大氣壓的壓縮下，Eu中也發(fā)生了明顯的價(jià)態(tài)變化，而且價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變恰好與Eu在相同壓力下的晶體結(jié)構(gòu)變化相吻合2;并提出Eu中這種電子重構(gòu)歸因于所謂的Promotional模型—4f軌道的電子向5d導(dǎo)帶的躍遷導(dǎo)致的結(jié)果，為研究稀土元素的價(jià)態(tài)變化提供了重要的實(shí)驗(yàn)依據(jù)和理論模型。

“共振X射線發(fā)射光譜(RXES)是迄今為止在高壓下研究稀土元素價(jià)態(tài)變化的最強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，它可以提供可靠的電子結(jié)構(gòu)測(cè)量，從而使我們能夠檢測(cè)到Eu在高壓下電子結(jié)構(gòu)的變化。”丁陽說。