| 题名 | 博士论文-ABO3型稀土化合物及稀土镓石榴石的高温高压结构相变 |
| 作者 | 林传龙
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| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 刘景 |
| 关键词 | 高压 DAC 稀土化合物 同步辐射X射线衍射 相变 |
| 学位专业 | 凝聚态物理 |
| 中文摘要 | 本论文用同步辐射X射线衍射（XRD）、金刚石对顶砧（DAC）和激光加温技术研究了稀土亚锰酸盐、铟酸盐和镓石榴石在高温高压条件下的结构相变规律。同时，用高压拉曼散射和荧光光谱测量技术研究了其中一些化合物在常温高压条件下的结构稳定性。结果如下： 1. 用同步辐射X射线衍射技术研究了GdMnO3在高压下的结构相变规律。 GdMnO3保持其正交结构到50 GPa。在50 GPa时，经历了等结构相变，同时有近5%的体积减少。在50 GPa以上，正交结构向菱形结构转变，在98 GPa时GdMnO3基本是纯的菱形结构。在原始正交相中，a、b和c轴的压缩率表现出各向异性。对加压过程的XRD谱进行精修发现MnO6八面体的扭曲和倾斜度不断减小，使正交结构向高对称性转变。用三阶Birch-Murnaghan方程拟合初始正交相的P-V数据，得到其体模量为B0=156(3) GPa 和一阶微分导数B0?=6.5(3). 2. 用同步辐射X射线衍射技术研究了ErMnO3和YMnO3的六方结构在高压下的结构相变。ErMnO3和YMnO3的六方结构在高压下展示各向异性压缩性。在常温下，它们在~20 GPa时经历了六方到正交的结构相变，但六方结构分别在压力高达58 GPa和46 GPa时都一直存在。当对样品分别在~17 GPa和~31 GPa加温到1500-2000 K时，六方结构的ErMnO3和YMnO3完全转变成正交钙钛矿结构，并伴有~11%和~14%的体积减小。对于正交结构的ErMnO3，八面体MnO6的扭曲度和倾斜度随压力增大而减小。当 固定为4.0时，ErMnO3的正交结构的体模量为214(4) GPa，比六方(体模量B0为168(3)， 固定为4.0)的体模量大。正交结构ErMnO3和YMnO3至少稳定到45 GPa，并且当压力卸到常压时，正交结构保持稳定。 3. 对于LaInO3和SmInO3，用同步辐射X射线衍射技术研究了高压下其结构的稳定性。在加压过程中，正交结构向高对称性演化，但是a, b, 和c轴表现出很大的各向异性压缩性，与GdMnO3类似。LaInO3和SmInO3的正交结构在最高压力分别为57 GPa和47 GPa时都是稳定的。 4. EuInO3、GdInO3和DyInO3的六方结构在常温高压下的稳定性和振动性质用同步辐射衍射技术和拉曼散射得到研究。三个化合物的六方结构均表现出各向异性压缩性，其结构稳定到17 GPa。拉曼散射实验表明大多数拉曼频率随压强增加而线性增加。在~17 GPa时，三种稀土化合物经历了相似的结构相变。由于衍射谱和拉曼谱上的峰非常宽，很难辨认出高压相是什么结构。同时，用激光加温技术研究了六方结构在高温高压下的相变。 5. 用X射线衍射、拉曼散射和荧光光谱研究了铒镓石榴石(Eu3Ga5O12, EGG)在高压下的晶体结构变化。当加压到85 GPa时立方石榴石EGG几乎全部转化成非晶态。拉曼散射和荧光实验表明EGG的非晶化可能与四面体GaO4、八面体GaO6和十二面体EuO8的相互作用和扭曲有关。在非晶态时，四面体GaO4可能重叠，并伴有Ga3+离子氧配位数的增加。我们对非晶态和立方石榴石结构的EGG进行加温，其加温结果表明石榴石到非晶相变在常温下可能受热力学阻障，其压力导致的非晶并非分解过程。 6. 用同步辐射X射线衍射和激光加温技术研究了含钪钆镓石榴石(Gd3Sc2Ga3O12, GSGG)在高温高压下的结构相变。在24 GPa时，当激光加温到1500-2000 K时，GSGG石榴石从立方结构转变成正交钙钛矿结构。石榴石到钙钛矿结构相变伴随着~8%的体积减小，并伴有阳离子Ga3+和Sc3+的配位数增加。正交钙钛矿结构GSGG的体模量B0为194(15) GPa， 为5.3(8)。石榴石相的体模量为B0=157(15) GPa, 为6.5(10)。钙钛矿结构明显比石榴石相难压缩。在常温下加压，立方石榴石结构在~65 GPa时非晶化。结合之前报道的高温高压下非晶态Y3Fe5O12和Gd3Ga5O12向钙钛矿结构转变的实验结果，我们推断出石榴石的非晶态可能是立方石榴石结构到钙钛矿结构相变的一个中间态，而石榴石结构到非晶态相变在常温下受到热力学势垒阻障。 7. 用同步辐射X射线衍射技术研究了钇镓石榴石(Y3Ga5O12, YGG)在高温高压下的结构相变。最高压力达到105 GPa。YGG的立方石榴石结构在85 GPa时几乎全转化成非晶态。然后对样品进行激光加温，发现非晶态YGG转化成正交和立方钙钛矿结构的混合相，并伴随着近9%的体积减少。分析稀土石榴石在高温高压条件下的相变规律，发现镓石榴石如果有较小的稀土离子将以正交钙钛矿结构存在，这是由于较小稀土离子使得钙钛矿结构的GaO6八面体扭曲。对比稀土石榴石和硅酸盐石榴石的高温高压结构相变，发现高温高压下存在着四种相变结果，分别是正交钙钛矿结构、立方钙钛矿结构、分解相和混合相。我们的这些研究结果有助于理解稀土石榴石的高温高压相变机制。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 凝聚态物理 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209769]  |
| 专题 | 多学科研究中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 林传龙. 博士论文-ABO3型稀土化合物及稀土镓石榴石的高温高压结构相变[D]. 北京. 中国科学院大学. 2013. |
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