Ce3Th合金高压相变的第一性原理研究*

陈南迪，王 艳，曾召益，胡翠娥

(重庆师范大学 物理与电子工程学院, 重庆 401331)

0 引 言

金属铈(Z=58)和钍(Z=90)分别位于镧系和锕系过渡金属系列的起始位置，外层电子分别为4f和5f。铈是地壳中丰度最高的稀土元素，因其不具有放射性和毒性，多年来，一直是许多研究者的研究对象。铈是一种典型的窄带金属，由于f电子对压力和温度等外部影响的敏感性，可能具有多相图[1-4]。金属Ce的结构相变，是在室温下从低密度fcc相塌缩到密度更大的等结构α相，该相变发生在0.8 GPa的压力下，并伴随着17%的体积塌缩.异常体积塌缩通常是由Mott跃迁模型或Kondo体积塌缩(KVC)模型中单个4f电子的不稳定性来解释[5-6]。在我们以前的工作中，预测了纯Ce在压力下的相变路径。从α-Ce(fcc)到α-Ce(单斜晶系)，再到bct-Ce的转变分别发生在5.36 GPa和14.37 GPa[4]。然而，Th的相图比Ce简单得多，它没有中间相，且相变压稳定低于从fcc到bct的相变压。

稀土元素 Ce有着特殊的电子层结构，其4f电子层未填满，且第五层电子壳层很好的屏蔽了第四层电子，4f电子层几乎不受其他邻近离子的势场影响，这使得Ce具有独特的电磁特性，Ce基金属间化合物也因此得到了广泛的研究，目前已经被应用于航天，军事和医疗等方面[7-9]。铈是众多稀土元素中综合性能较高的合金元素，压力和温度对Ce基合金和化合物的结构也有着很大的影响[10-15]。Harris等[16]的实验结果表明富Ce合金中Ce的有效原子直径随温度的变化而不断变化。在室温下，合金处于中间状态，其中有效原子直径和相应的有效价值似乎取决于应变能的结果效应和温度因素。……