УПРУГИЕ СВОЙСТВА КРИСТАЛЛИЧЕСКОГО И ЖИДКОГО ГАЛЛИЯ ПРИ ВЫСОКИХ ДАВЛЕНИЯХ
Ляпин А.Г., Громницкая Е.Л., Ягафаров О.Ф., Бражкин В.В.

Поступила в редакцию: 25 Июня 2008

PACS: 62.50.-p, 62.20.-x, 62.10.+s, 64.70.-p

DJVU (273K)

PDF (1481.9K)

Исследованы упругие свойства - модуль всестороннего сжатия B, модуль сдвига G и коэффициент Пуассона σ, а также определено относительное изменение объема галлия в областях стабильности фаз Ga I, Ga II и жидкого состояния до давлений 1.7 ГПа. Наблюдаемые линия фазового перехода Ga I- Ga II и кривые плавления фаз Ga I и Ga II хорошо согласуются с известной фазовой диаграммой галлия, при этом координаты тройной точки Ga I- Ga II-расплав в данной работе установлены как ГПа и K. Показано, что фазовый переход Ga I- Ga II сопровождается заметным падением модулей B (на 30 %) и G (на 55 %) при увеличении плотности на 5.7 %. При этом коэффициент Пуассона претерпевает скачок от типично ковалентных значений, равных примерно 0.22-0.25, до величин около 0.32-0.33, характерных для металлов. Наблюдаемая картина изменений упругих характеристик описывается в терминах фазового перехода «квазимолекулярный» (частично ковалентный) металл-«нормальный» металл. Если рост коэффициента Пуассона с давлением в фазе Ga I от 0.22 до 0.25 можно интерпретировать как уменьшение степени ковалентности, т. е. степени пространственной анизотропии электронной плотности вдоль связей, то сохранение высокого значения барической производной объемного модуля около 8 непосредственно вплоть до фазового перехода в Ga II или расплав связывается не только с квазиковалентной природой Ga I, но и с особенностями структуры. Наличие у каждого атома Ga I семи соседей позволяет рассматривать решетку галлия как промежуточную между типичными рыхлыми и плотно упакованными структурами. Вблизи кривой плавления обнаружены эффекты предплавления, такие как выполаживание изотермической зависимости модуля сдвига G(p) с ростом давления и ускорение падения изобарических зависимостей G(T) с ростом температуры. Объемный модуль жидкого галлия вблизи кривой плавления оказался довольно близким к соответствующим значениям для нормального металла Ga II.