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我校科研团队观测到锂离子化合物晶体结构对称性破缺
发布日期:2019-09-11  字号:   【打印

近日,合肥工业大学材料科学与工程学院科研团队联合国内外有关科研院所,创新性地采用3价铕离子光谱探针,成功探测到锂离子化合物晶体结构对称性破缺。其相关研究成果刊登于国际著名学术期刊《先进科学》(Advanced Science [https://doi.org/10.1002/advs.201802126])。

对称是自然世界的和谐与美。对称与守恒一直主导着现代物理学的发展。然而,世界上很多变化与纹理结构往往是由对称性破缺引起,包括宇宙的形成、物种的起源、生物多样性、以及丰富多彩的分子结构。对称性破缺并不是没有对称性,而是降低为对称性更低的子群。所有对称性原理根植于无法观测到某些基本量的理论假设上。不可观测即意味着对称。反之,任何对称性破缺的发现,都表明存在某个可观测量。但对于实验而言,寻找隐藏在超精细结构下的某个可观测量是个巨大挑战。

该院陈雷教授等人利用3价铕离子光谱探针发现锂离子化合物Li2SrSiO4中存在对称性破缺。前人研究认为,锂离子化合物Li2SrSiO4具有P3121空间群对称性的长程均匀结构,但是在该结构模型中锶离子只有一种格位,无法合理解释其性能和作用机理。陈雷教授等人利用3价铕离子光谱学探针,结合扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)等手段证实,Li2SrSiO4晶体结构中存在两种2价锶离子格位,其局域具有对称性更低的C2空间群结构,并且来自两种格位3价铕离子的5D0-7F0电子跃迁波长峰值相差仅0.2纳米。

据介绍,这一成果不仅有助于区分材料的超精细结构,而且为探测局域结构提供了一种简便而功能强大的光学工具,更重要的是有助于从子空间群对称性解释晶体结构。该成果对我们理解材料的性能与机理将产生深远影响。

该论文由合肥工业大学、合肥工业大学智能制造技术研究院、北京大学、中国科学技术大学、国家同步辐射研究中心(新竹)、北航合肥创新研究所、广东省科学院广东省稀有金属研究所、德国莱比锡大学多家单位共同完成。我校材料学院陈雷教授为第一和通讯作者,硕士生程鹏为学生第一作者,北京大学李国宝副教授和德国莱比锡大学Oliver Oeckler教授为论文共同通讯作者。Advanced Science为Wiley旗下综合类期刊,其影响因子为15.804。

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该论文被刊登为当期Frontispiece(卷首插图)

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图1 分别在低温10K与20K采用荧光光谱仪和光学参量振荡器(OPO)测试Eu3+在锂离子化合物Li2SrSiO4中发射光谱

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图2锂离子化合物Li2SrSiO4的X射线衍射、中子衍射和电子衍射谱图

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图3锂离子化合物Li2SrSiO4中Sr的K-边扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)

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图4通过理论计算揭示与P3121和C2两种空间群晶体结构对应的锂离子化合物Li2SrSiO4的电子结构精细差异

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图5离子化合物Li2SrSiO4的三维晶体结构、Sr离子所处的[LiO4]和[SiO4]多面体通道、对称性破缺机理、以及Sr离子在P3121和C2空间群两种结构模型中的多面体配位

(陈雷/文  陈雷/图)  
编辑:周慧
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