文档介绍：项目名称:
超高压下凝聚态物质的新结构与新性质
首席科学家:
崔田吉林大学
起止年限:

依托部门:
教育部
二、预期目标
本项目的总体目标:
在超高压下凝聚态物质的新结构与新性质前沿领域做出重要原创性的工作,获得一批的研究成果,形成我国有特色的高压科学研究体系,造就一支具有创新思维的中青年高压研究队伍,使中进入国际先进行列,进一步提升在国际高压界地位。
五年预期目标:
为完成总体目标,集中进行以下几个方面的研究工作: 1)超高压下凝聚体系的金属化与奇异性能,2)超高压下强关联体系中价电子的行为, 3)超高压下纳米限域体系的结构演化,4)超高压下的化合物半导体的电输运与新效应,5)超高压下亚稳相的截获与材料的微结构及性能调控。
揭示超高压下纯氢以及富氢体系中分子的解离机制,探索可能产生金属氢的新途径,实现压制金属化;获得不同压力-温度-组分空间中,新型含3d、4d、5d关联体系的结构特征和奇异物性,揭示超高压关联体系材料磁、电和介电的物理机制和晶体及电子结构起源;总结在纳米尺度、空间受限条件下压致分子体系的键合规律;揭示高压下准一维纳米体系的结构演化以及力学、电学等性质随压力的变化规律;揭示化合物半导体的结构、电输运行为与其特殊功能性质之间的内在联系,诠释高压下电子驰豫、平均自由程、有效质量的新内涵以及各物理量之间的内在联系及其规律;在新型材料的超高压合成方面,由唯象研究上升到注重内在物理本质的探索,获取截获高压亚稳相的新方法及规律性认识。合成出3d、4d、5d族3种以上Mott有序化和Stoner型磁电新材料、3-5种有代表性高致密化超细微结构的高性能块体材料。
预期的科学研究成果:
拟在SCI收录的国内外著名学术刊物上发表论文300篇以上,撰写1-3部专著,申报高水平的奖励3-5项,申请发明专利15-25项。同时培养高压领域的拔尖人才以及学术带头人,培养博士研究生50名、硕士研究生200名。
三、研究方案
1)学术思路:
在前期973项目建立的多项高压技术的基础上,突出创新,发现新现象、新物质,创建新理论,形成有特色的高压科学研究体系。将若干个有重大科学意义的国际高压科学前沿基础问题作为重点,通过跨领域的紧密合作,在某课题上再利用动高压对静高压的补充作用,集成优势攻关。从构建研究体系入手,本着从常规体系到强关联体系、从小尺寸到体材料的原则,选择具有代表性、倍受关注的物质体系作为研究对象,确定高压相结构,获得超高压下的相变过程与规律。利用超高压下原位测量实验和高压理论,深入认识超高压下典型凝聚态物质新的原子空间分布和新的电子状态以及微观相互作用规律,揭示物质结构与性质的高压调制、演化过程以及截获特殊的高压相。
2)技术途径:
实验途径:利用高压原位x光衍射实验,研究高压下凝聚态物质的结构;利用金刚石对顶砧集成测量电路,研究超高压下的原位电导率、阻抗谱和霍尔效应等电输运性质;利用原位高压光谱学方法研究物质的电子结构,声子状态以及光学性质等;利用高压Mossbauer谱、X光非弹性散射方法,研究原子电子状态的变化;采用大体积高压设备如六面顶压机和二级推进压机,开展系统的高温高压合成实验研究,合成出理论上设计出的新型高压相材料。利用冲击波动高压原位结构与性能的探测,对静高压研究进行补充,实现热力学多路径高原位研究。
通过对多实验系统的综合协调来实现同一环境下的多物理量测量,实现准确的物理参数表征,构建物理量之间的客观联系。
理论途径:利用蒙特卡罗、分子动力学、从头算分子动力学等方法研究超高压力下凝聚态物质的结构、结构相变及其动力学过程;利用第一原理的密度泛函理论,研究高压相的能带结构、态密度、电子状态的变化,以及光学、电学以及力学等性质等。
3)创新点与特色:
(1)研究体系的构建:从常规体系到强关联体系,从小尺寸到体材料,选择具有代表性的、倍受关注的凝聚态物质作为研究对象,研究体系物理现象丰富。
(2)研究方法和技术:利用我国自己发展的、拥有自主知识产权的、国际领先的高压实验方法与技术和表征手段,进行多种高压下原位、微区、精密的物质结构和性质的测量。项目组率先建立了世界上第一台激光加热原位高温高压Raman光谱实验系统,国内唯一的激光加热原位高温高压同步辐射与常规X光衍射实验系统以及高压布里渊散射等实验系统,拥有能够同时进行高压下物质结构和弹性、电学、光学等物理性质研究的、世界上先进的集成原位超高压技术。特别是在前期973项目的支持下建立并完善了具有高压原位电学及磁学测量技术,建立的可开展超高压高温合成的六八型二级推进高压高温合成装置,大大提升用于高压高温合成新材料的压力上限和创造新材料的可能。
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