δ-AlOOH的压致氢键对称化研究

摘要

氢键O-H…O是水在地球深部物质中主要赋存形式之一.高温高压下氢键结构的变化会影响宿主的物理化学性质,这对解析地球深部热力学和动力学过程有着重要的意义.俯冲板片进入下地幔后,部分物质会转变为金红石和类金红石结构,如斯石英SiO2(P42/mnm),致密含水镁硅酸盐phase H(P2/m),δ-AlOOH(P21/nm,Pnnm).δ-AlOOH中的氢键在高压下会由非对称构型O-H…O转变为对称构型O-H-O,导致δ-AlOOH发生空间群由P21/nm变为Pnnm的二级相变.这在前人的实验和第一性原理计算结果中得到了证实，但是高温下δ-AlOOH中氢键的对称化行为，及其对δ-AlOOH性质的影响还未得到研究。300K时δ-AlOOH在10-15 GPa下发生氢键对称化，且对称化压力与温度成正相关，斜率约为1×10-3 GPa/K。可推测δ-AlOOH从其在下地幔上部产生直到其沿着冷俯冲板片到达核幔边界，其中的氢键一直以对称的构型存在。氢键对称化的δ-AlOOH的体积模量和体波速等物理性质显著强于非对称化的δ-AlOOH，从而在研究8-A100H在地幔中的性质时应该以氢键对称化的8-A100H为基础。氢键O-H…O是水赋存于下地幔的主要形式，氢键结构的变化是研究含水物质在地幔中性质时的重要考虑因素。