973课题标书超高压下凝聚态物质的若干前沿问题 .pdfVIP

1）髙压下凝聚体系中分子的键合与解离，2）高压下强关联体系中d电子的

行为，3）髙压下凝聚体系的电输运特性，4）髙压下小尺寸体系的结构演化，5）高压

新相的产生与截获。拟解决两个关键的科学问题：1）若干典型凝聚态物质在超高压下

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，2）超高压下物质结构与性

质演化过程以及特殊高压相的截获方法。特别注意发现常规条件下不能发现的新现象、

新效应，提出新概念，发展新理论；为制备出常规条件下无法制备的新物质和新材料提

供科学依据。紧紧围绕关键科学问题，从单组元到多组元、从常规体系到强关联体系、

从小尺寸到大尺寸体系，选择具有代表性、倍受关注的物质体系作为研究对象，具体进

行以下几个方面工作：

1）超高压下典型分子固体中分子解离过程以及物理性质的认识

在令世人瞩目的科学问题一金属氢的研究进程当中，发现了多种固态分子氢的新奇

的髙压相以及相变，在静高压实验中已经出现了金属氢产生的迹象。但髙压在氢分子解离

过程中的作用始终没能得到清楚的认识。由于其它类似的双原子分子晶体中分子间原子

.GeH,

SnH研究多原子分子的压致解离机制，以及氢的子体系的微观状态随压力的

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变化规律，探索在化合物中氢的子体系微观状态的变化可能带来的奇异的宏观性质，如量

子流体、超离子状态等等。在此基础之上，研究压力以及其它外界条件对固态分子氢体系

的作用，探索髙压下可能产生金属氢的新途径。

本课题还对深入认识凝聚态物质的电子状态、原子价态、原子间键合以及力学、电学

及光学性质随压力的变化规律，有重要的意义。为创造新型能源材料，以及对新材料合成

中的基本问題的理解提供理论支持。

2）超髙压下新型3d族强关联体系微观相互作用规律的认识

以过渡族金属化合物为代表的新型凝聚态体系，由于存在化学键的多样性、d电子的

自旋一轨道的交互作用及电子强关联性，拥有丰富的物理现象。由基态为Mott绝缘体衍生

的过渡金属化合物中的窄带金属、高温超导、超巨磁阻等现象成为当今凝聚态物理最活跃

的前沿领域，是传统的能带理论和概念所不能解释的，对它们的研究正在揭示出凝聚态物

理新图像。高压对这类体系的研究发挥着重要的作用。高压提供的独特的热力学条件为研

究相关结构及其物理问题提供了新一维空间，如高压可以驱动绝缘体与金属间的相变，许

多由温度和组分调控的物理性质具有非常明显的压力效应；类钙钛矿结构是许多过渡金属

化合物的结构形态，而高压易于合成具有类钙钛矿结构的致密物质；化学变价是过渡金属

化合物的主要特征，而压力则可在相当程度上影响原子外壳层电子分布和转移。在高压下

不仅合成了一系列新型钙钛矿化合物，原位加压更获得了164K的超导临界转变温度的最

髙记录。这些通常多依赖于温度和化学组分的物理现象若加以显著的压力因素，将产生全

然不同的临界关系，其中有丰富的量子力学问题需要研究。

本课题将研究新型3d族强关联体系，深入认识高压下强关联体系中d电子的行为以

及微观相互作用规律，在原子尺度上揭示异类原子间的反应机制、电子和原子转移规律以

及化合作用，阐明高压新一维度中强关联体系化合物磁性、电性、超导、结构、临界特性

3）超高压下小尺寸体系的结构演化及其物理性质的研究

当凝聚态体系变小到纳米尺度时，显示出与常规体系迥异的结构和物理效应，如量子

尺寸效应、量子限域效应等，导致许多新概念的引入和新规律的发现，是凝聚态物理十分

活跃的的前沿研究领域。

为了控制纳米体系独特的物理性质，控制尺寸和维度是关键，它们决定着体系的原子

结构以及相应的电子状态。利用髙压对结构、尺寸、维度的调制作用，能够从一崭新的角

度研究纳米材料的结构演化与物理性质的变化。“零维纳米球”Coo在高压下会聚合，键

合成二聚物、一维链、二维层状、三维全方向等多种不同的聚合新结构，并显示出奇异的

物理性质，比如，二维聚合的纯C60具有磁性。高压下纳米材料的研究，不仅可以深入认

识纳米材料的物理本质，还能够发现新奇的结构，为合成常规条件无法得到的新型功能材

料提供了一个重要源泉。

在纳米领域中，获得尺寸和维度严格一致、结构均一的纳米材料一直是一大难题。由

于尺寸、维度的差异，常常使得不同研究小组，甚至同一小组不同次实验的研究结果差异

大，而且所研究的往往是大面积或大量纳米个体性能