研究人员发现同位素掺杂后对称破坏相变

作者：杨超月

一个联合小组在研究稠密的H 2 -HD-D 2混合物中的相图时，报告了一个新发现，他们发现同位素掺杂对H 2 -HD-D 2分子合金的相图有反直觉的影响。

研究人员发现同位素掺杂后对称破坏相变

这项工作是由合肥物理科学研究所固体物理研究所的一个研究小组与爱丁堡大学高压科学与技术高级研究中心的研究人员合作完成的。它于2020年6月2日在PNAS上发布。

分子氢形成原型量子固体。它的量子性质通过经典的不可能行为以及非常强的同位素效应得以揭示。H 2，D 2和HD分子之间的同位素效应来自质量差异和不同的量子交换效应：铁离子H 2分子具有反对称波函数，而硼酸D 2分子具有对称波函数，HD分子没有交换对称性。

为了研究相图如何依赖于量子核效应，联合小组使用高压和低温原位拉曼光谱法绘制了在宽PT上具有各种同位素浓度的H 2 -HD-D 2的相图。范围。

当氢和氘混合时，它们在非常低的压力和室温下形成H 2 + HD + D 2混合物。

他们发现，H 2，HD和D 2的混合物表现为同位素分子合金(理想溶液)，并且在I相和II相和III 相之间表现出破坏对称性的相变。

在他们的实验中，研究人员惊讶地发现，与纯H 2或D 2相比，合金的所有转变都在更高的压力下发生。这与基于同位素质量的任何量子效应都背道而驰，但可以通过交换相互作用通过高动能态的量子俘获来解释。

这项研究的主要科学家说：“由于HD在这些合金中具有中等质量和普遍成分，因此人们希望在中间PT态会发生加成相变。”图是从氢分子本身的量子性质得出的，交换对称性实际上可以使分子陷入不同的更高能态。

“ HD分子没有交换对称性，在低温下，所有HD分子将处于最低能量状态。但是，纯H 2和D 2具有交换对称性，因此某些分子将陷于较高能态。因此，混合物中所捕获的动能比任一种纯元素都低，它将相变转变为混合物中的更高压力。”论文的第一作者刘晓迪说。