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田永君院士团队 | Ho在327 GPa高压下的结构演化

作者:上海砧源材料科技有限责任公司 浏览: 发表时间:2026-07-07 00:00:00

                       

       本研究由本研究由燕山大学亚稳材料制备与科学国家重点实验室田永君院士主导。研究报道 Ho 经 toroidal‑DAC 同步辐射 XRD 至 327 GPa,补全重稀土完整序列 hcp → Sm‑type(hR9) → dhcp(hP4) → dfcc(hR24) → oF16(Fddd, 16层) → oF8(Fddd, 8层)。oF16→oF8 始于 ~257 GPa(较 Dy 高 ~62 GPa),两相共存至最高压无体积塌陷,oF8 体弹模量 B₀=207.2 GPa 为各相最高;DFT+U 确认 oF16/oF8 动力学稳且近简并,与共存观察自洽。

 

1.研究概要

       镧系金属在高压下表现出复杂的结构相变序列,受局域4f电子与巡游spd电子之间相互作用的调控。钬(Ho,原子序数67)位于重镧系的关键位置,此前已知其在103 GPa以上形成oF16相,但更高压力下是否存在向oF8相的转变一直悬而未决——早期实验因铂压标信号过强和峰位重叠而未能观测到这一转变。

       本研究利用环形金刚石对顶砧(t-DAC)技术,将钬压缩至327 GPa,完整确定了其结构序列:hcp → Sm型 → dhcp → dfcc → oF16 → oF8。oF16→oF8转变起始于257 GPa,比镝(Dy)的转变压力高出约60 GPa,且两相共存至最高压力。转变过程无明显体积突变,伴随b轴的负线性压缩性,表明该转变受晶格各向异性主导,而非4f电子的突然退局域化。理论计算表明,oF16和oF8在325 GPa下均具有动力学稳定性,且焓值接近,与实验观测到的宽压力范围两相共存一致。

 

2.研究亮点

 

       1.补全重稀土 Ho 高压相图至 327 GPa:澄清早期 282 GPa 实验因 Pt(111) 掩 oF8(022) 致漏检问题——确认 Ho 遵循 Tb/Dy 同序列且 oF16→oF8 压单调增(Z=67 vs Dy Z=66 高 ~62 GPa)。
 
       2.Ho‑oF8 体弹模量与 EoS:B₀(oF8)=207.2 GPa 为 Ho 各压相最高,支持 oF8 为高压最密堆垛变体;V₀=17.10 ų 与 Tb/Dy‑oF8 标度一致。
 

       3.宽压共存与 NLC 微观指征:>70 GPa 共存 + 无 V 跳变 + b‑轴 NLC → 转变受层滑移各向异性控制而非 4f 离域体积塌陷——与 Dy/Tb 行为统一,为 f‑金属重构型相变提供判据。

 

3.图文解析

                                                  

                                                   

                                                        

                                                         

 

                                                    

                                                               

 

                                               

                                                      

 

       本研究利用环形金刚石对顶砧技术,将钬的高压结构研究拓展至327 GPa,明确了oF16→oF8转变的存在。与前三期解读的超导材料研究不同,本研究聚焦于镧系金属在极端压力下的基础结构物理,是典型的高压凝聚态物理前沿工作。

 

 

 

 

 

 

 

 

转载自:超导探索


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