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  • 我校教師在國際知名學術期刊Nature Communications發表研究成果
    時間:2020-10-26 09:29, 作者:文/科研管理處 物理與電子信息學院,信息發布/新聞中心

    近日,我校物理與電子信息學院彭楓博士及其合作者,在科學界長期懸而未決的“氙氣的消失之謎”問題研究中取得突破性進展,相關研究成果以“Xenon iron oxides predicted as potential Xe hosts in Earth' s lower mantle”為題,于2020年10月16日發表于國際知名學術期刊Nature Communications,我校為該成果第一署名單位,彭楓博士為第一作者。

    氙,作為一種神秘的惰性氣體,在電子、光電源工業、氣體激光器、等離子流和醫療等領域有重要應用價值。但大氣中實際測量的氙豐度,不足理論預期的10%。換言之,90%以上的氙氣不知去向,這在科學上被稱為“氙氣的消失之謎”,是科學界亟待破解的挑戰性難題。

    傳統觀點認為,氙氣可能隱藏在地球內部地幔、地核等區域。然而,迄今為止沒有足夠的證據顯示氙氣可穩定存在于地幔中(特別是下地幔)。在當前研究工作中,彭楓博士與吉林大學宋賢齊博士、李全教授、馬琰銘教授以及美國內華達大學拉斯維加斯分校陳長風教授等人合作,利用馬琰銘教授團隊自主研發的CALYPSO結構預測方法(http://www.calypso.cn/),首次預言了地幔中存在氙氣儲存庫。通過第一性原理計算模擬,研究發現氙可與近期發現的下地幔礦物FeO2發生化學反應,生成穩定的氙鐵氧化物—Xe2FeO2和XeFe3O6。下地幔密度和聲速等關鍵數據的實驗和理論對比顯示,氙鐵氧化物是可行的下地幔成分。系統的結構預測和熱力學計算表明, FeO2不會與氬、氪和氖等其它惰性氣體發生化學反應,并且下地幔的其它主要成分也不能與氙氣發生化學反應。如上數據證實了FeO2具有俘獲氙的能力,也顯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。本工作的研究發現拓寬了氙化學的研究范圍,豐富了下地幔的物質構成,表明了下地幔是氙氣的理想藏身之所,為闡明“氙氣的消失之謎”提供了新的關鍵材料成分和物理機制,是利用計算物理方法破解地球科學難題的跨學科交叉研究的范例。

    《Nature Communications》(《自然通信》)是Nature出版集團旗下的國際頂級綜合性學術期刊,發表行星科學、化學和物理學等領域的高質量研究論文,反映相關領域的重要研究進展,在綜合性學術期刊中享有高度盛譽。

    文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-19107-y

     

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