我校教师在国际知名学术期刊Nature Communications发表研究成果
时间:2020-10-26 09:29, 作者:文/科研管理处 物理与电子信息学院,信息发布/新闻中心

近日,我校物理与电子信息学院彭枫博士及其合作者,在科学界长期悬而未决的“氙气的消失之谜”问题研究中取得突破性进展,相关研究成果以“Xenon iron oxides predicted as potential Xe hosts in Earth' s lower mantle”为题,于2020年10月16日发表于国际知名学术期刊Nature Communications,我校为该成果第一署名单位,彭枫博士为第一作者。

氙,作为一种神秘的惰性气体,在电子、光电源工业、气体激光器、等离子流和医疗等领域有重要应用价值。但大气中实际测量的氙丰度,不足理论预期的10%。换言之,90%以上的氙气不知去向,这在科学上被称为“氙气的消失之谜”,是科学界亟待破解的挑战性难题。

传统观点认为,氙气可能隐藏在地球内部地幔、地核等区域。然而,迄今为止没有足够的证据显示氙气可稳定存在于地幔中(特别是下地幔)。在当前研究工作中,彭枫博士与吉林大学宋贤齐博士、李全教授、马琰铭教授以及美国内华达大学拉斯维加斯分校陈长风教授等人合作,利用马琰铭教授团队自主研发的CALYPSO结构预测方法(http://www.calypso.cn/),首次预言了地幔中存在氙气储存库。通过第一性原理计算模拟,研究发现氙可与近期发现的下地幔矿物FeO2发生化学反应,生成稳定的氙铁氧化物—Xe2FeO2和XeFe3O6。下地幔密度和声速等关键数据的实验和理论对比显示,氙铁氧化物是可行的下地幔成分。系统的结构预测和热力学计算表明, FeO2不会与氩、氪和氖等其它惰性气体发生化学反应,并且下地幔的其它主要成分也不能与氙气发生化学反应。如上数据证实了FeO2具有俘获氙的能力,也显示了氙可能是唯一以化合物形式存在于下地幔的惰性元素。本工作的研究发现拓宽了氙化学的研究范围,丰富了下地幔的物质构成,表明了下地幔是氙气的理想藏身之所,为阐明“氙气的消失之谜”提供了新的关键材料成分和物理机制,是利用计算物理方法破解地球科学难题的跨学科交叉研究的范例。

《Nature Communications》(《自然通信》)是Nature出版集团旗下的国际顶级综合性学术期刊,发表行星科学、化学和物理学等领域的高质量研究论文,反映相关领域的重要研究进展,在综合性学术期刊中享有高度盛誉。

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-19107-y

 

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