固态钆结构中高压下 s-f 转变的不存在性
材料科学
2021-09-10 v2
摘要
人们长期认为钆在高压下会发生体积塌缩约 5% 的相变。理论解释集中于电子从扩展的 s 轨道转移到紧凑的 f 轨道这一想法。然而，实验测量未能检测到 f 电子磁性的任何相关变化。在此我们解决这一矛盾，表明除高压相变中典型情况外不存在显著的体积塌缩。我们给出使用一系列方法的固态钆高压密度泛函理论计算，并利用 X 射线衍射（XRD）重新审视实验情形。再现了涉及密排面不同堆垛的标准镧系压力转变序列：hcp 到 9R 到 dhcp 到 fcc 到 d-fcc。所谓的“体积塌缩”高压相被证明是一种不寻常的密排面堆垛，具有 Fddd 对称性且密度变化小于 2%。扭曲的 fcc（d-fcc）结构被揭示为反铁磁性的结果。理论结果对 f 电子的各种处理表现出显著的鲁棒性。关键结果是没有 XRD 证据表明钆中存在体积塌缩。相变序列可由标准 DFT 很好描述。无需对 f 电子作特殊处理，也无 f 电子成键的证据。注意到先前的光谱证据表明 f 电子无变化，我们得出结论：高压钆没有诸如 Mott-Hubbard、Kondo 或价态转变等复杂的 f 电子物理。
引用
@article{arxiv.2007.10728,
title = {Non-existence of the s-f transition in structures of solid gadolinium at pressure},
author = {Qingchen Li and Hossein Ehteshami and Keith Munro and Malcolm I McMahon and Graeme J. Ackland},
journal= {arXiv preprint arXiv:2007.10728},
year = {2021}
}