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稀土元素是現代科技中不可或缺的元素。北京高壓科學研究中心研究員丁陽帶領的國際研究團隊在高壓稀土金屬價態轉變研究領域獲重要進展。相關研究6月27日發表于《物理評論快報》。
價態轉變—價電子數的變化，是稀土金屬及其化合物中普遍存在的物理現象，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化的過程，而這種非局域化轉化標志著材料中大規模電子關聯的開始。在此過程中，由于局域電子和非局域價電子之間的競爭等相互作用，稀土元素會衍生出許多奇異的量子現象，如價態轉變、金屬到絕緣體的轉變、超導等，而這些都會極大影響稀土元素的磁、光、電等物理性質。
在該研究中，研究人員使用同步輻射X射線共振發射光譜和X射線衍射技術，探測了Eu在高壓下的電子和晶體結構變化，壓力高達160萬大氣壓。他們發現，在約80萬大氣壓的壓縮下，Eu中也發生了明顯的價態變化，而且價態轉變恰好與Eu在相同壓力下的晶體結構變化相吻合；并提出Eu中這種電子重構歸因于所謂的Promotional模型—4f軌道的電子向5d導帶的躍遷導致的結果，為研究稀土元素的價態變化提供了重要的實驗依據和理論模型。
“共振X射線發射光譜（RXES）是迄今為止在高壓下研究稀土元素價態變化的最強大的實驗技術，它可以提供可靠的電子結構測量，從而使我們能夠檢測到Eu在高壓下電子結構的變化。”丁陽說。（趙路）
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