合成铪石高压相变及离子辐照的影响

• 作 者: 陆子瑶
• 出 处: 中国地质大学(北京)
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 铪石 锆石 高压相变 离子辐照

铪石（HfSiO₄）,空间群为I4₁/amd,与锆石的结构完全相同,一般存在于岩浆岩中。由于它与锆石的晶体化学性质极其相似,所以Hf是Zr最常见的成分替代物。天然锆石在高压下的产物——莱氏石在多个陨石坑中发现,在高压地质科学中的具有极其重要的指示意义。铪石在高压下也会发生与锆石相同的相变,探究铪石在高压下的相变行为则对于进一步了解锆石型ABO₄矿物的相变行为及其机制具有重要意义。同时辐照损伤对天然锆石的相变行为具有一定的影响作用,为了排除杂质等其他因素的影响,因此结合离子辐照对合成锆石和铪石的相变行为进行了探究。首次通过原位高压同步辐射衍射实验初步判定了铪石在压力为26.5 GPa时会转变为白钨矿结构,由Birch-Murnaghan状态方程得出零压下体弹模量B₀=218（18）GPa,晶胞体积V₀=64.6（1）?³/f.u,结合理论计算得出常压下白钨矿型结构的晶胞参数:a=4.71?,c=10.38?,空间群I4₁/a;结合原位高压拉曼实验再次验证了铪石的相变压力,并且在²6 GPa发现了一个与锆石相变过程中类似的高压低对称（HPLS）相;分析铪石的拉曼活性模式与压力的关系发现:在¹0 GPa时,拉曼频率会偏离原始线性趋势,结合理论计算表明这是铪石自身的锆石结构在高压下的亚稳态导致的。通过理论计算表明了铪石的临界相变压力为12.9 GPa,与实验值存在较大差异,可能是由动力学阻碍造成的。在23 GPa,锆石结构动态不稳定,并且出现一个B_1u模式,随着压力升高变为HPLS相中的A₁模式;分析三种结构发现锆石结构沿B_1u模式的特征向量移动O^2-可以获得HPLS（High Pressure Low Symmetry）相结构;这进一步说明HPLS相是锆石结构转变为白钨矿结构的桥梁。离子辐照对矿物晶格内部造成损伤,进一步通过原位高压拉曼光谱测试分析发现:一定剂量的辐照损伤会促进锆石的高压相变发生;锆石的E_g对称模式出现偏离原始线性趋势的情况与晶格内部有无缺陷关联性不大,但偏转幅度会随着剂量升高而减小;离子辐照对铪石的相变行为的影响与锆石的一致,进一步表明离子辐照确实对锆石结构矿物的相变具有一定的调控作用。