《極端條件下後鈣鈦礦的結構穩定性研究》是依託北京大學，由巫翔擔任負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：極端條件下後鈣鈦礦的結構穩定性研究
- 項目負責人：巫翔
- 項目類別：面上項目
- 依託單位：北京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
(Mg,Fe)SiO3後鈣鈦礦的發現為解釋下地幔D層的異常現象（地震波速的不連續、超低速帶的存在、高的泊松係數和地幔熱柱等）提供了最新的高壓礦物學依據。在實驗中超過百萬大氣壓的壓力標定存在10-20 GPa的不確定性，使得Fe對於MgSiO3鈣鈦礦到後鈣鈦礦的相變邊界的影響一直存在爭議。本項目採用實驗和理論相結合的研究方法，對含鐵的紅鈦錳礦(Mn,Fe)TiO3和方鐵錳礦(Mn,Fe)2O3開展極端條件下化合物的結構穩定性研究，以期在較低的壓力下獲得後鈣鈦礦相，從而系統地分析鐵對鈣鈦礦到後鈣鈦礦相變壓力值的影響、鐵的自旋變化行為、以及可能的後後鈣鈦礦相。進而，類推出(Mg, Fe)SiO3性質並加以模擬計算和討論分析，為更深入了解核幔邊界物質組成及其狀態提供礦物物理學的依據。同時對後鈣鈦礦家族成員的晶體結構化學進行歸納和總結，擴展極端條件下後鈣鈦礦結構穩定性研究的廣度和深度。
結題摘要
(Mg,Fe)SiO3後鈣鈦礦的發現為解釋下地幔D”層的異常現象提供了新的高壓礦物學依據。本項目採用不同的合成方法，得到了幾種(Mg,Fe)SiO3鈣鈦礦的類似化合物，如利用多面頂大壓機在10 GPa和1100 C條件下，合成了CaGeO3鈣鈦礦；採用金剛石壓腔技術，在壓力大於20 GPa條件下，獲得了(Fe,Mn)TiO3鈣鈦礦；採用高溫燒結的方法獲得了(Ca,Sr)TiO3和Sr2Fe2O5鈣鈦礦等。在研究中採用同步輻射X射線衍射、拉曼光譜、結合第一性原理計算，對這些鈣鈦礦進行了高壓結構的眼，獲得了鈣鈦礦—後鈣鈦礦相變、新的結構相、及其它們的物性，如彈性係數、波數、電磁學等。取得了如下3點重要的成果：（1）在40 GPa和2000 K條件下獲得了CaGeO3鈣鈦礦—後鈣鈦礦的相變，伴隨剪下波束的+4.0%增加，這對下地幔D”層的特性有著指示意義；（2）發現尖晶石Fe2TiO4在高溫高壓下經歷了兩次分解，即在25 GPa和2000 K時分解為FeTiO3鈣鈦礦和FeO方鐵礦，在59 GPa和2000 K，FeTiO3進一步分解為FeO和FeTi3O7；（3）通過理論計算，預測出一種比後鈣鈦礦更緻密的結構（Os2Al3-type, I4/mmm and Z=2），具有9配位。對後鈣鈦礦家族成員的晶體結構化學進行歸納和總結，擴展極端條件下後鈣鈦礦結構穩定性研究的廣度和深度，為更深入了解核幔邊界物質組成及其狀態提供礦物物理學的依據。此外，依託本項目的研究，在北京同步輻射實驗室發展了毛細管聚焦的X射線高壓吸收譜的測試方法，有效地抑制了金剛石衍射峰的影響，能獲得良好的高壓擴展邊數據，非常有利於解析高壓下吸收原子的局域結構信息。本項目已經發表學術論文13篇，全部被SCI收錄；還有3篇正在準備中。
