rare gas solids

简介

是指在低温或高压下，稀有气体氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)和氙(Xe)形成的结晶固体.稀有气体氡(Rn)是放射性物质，至今未见到固化的报导.按结构和性质的相似性，固态稀有气体分为两类，即固态氦和较重的固态稀有气体.后者包括固态的氖、氩、氪和氙.它们可以通过在常压下降低温度或在室温下增大压力的方法，使之固化，其晶体结构都是面心立方结构.在压力-温度相图上，从常压到100GPa的超高压，从固化温度到接近0K的宽广压力- 温度范围内，没有发生结构相变.氦的情况则不同，在常压下降低温度不能使之固化，甚至当温度接近0K，氦仍以液态存在.只有在高压下氦才能形成固体.在接近0K时，氦的固化压力为2.6MPa，室温下为11.8GPa.固态3He和4He都有三个相：密集六方、体心立方和面心立方.4He的相图如图所示.它的固相Ⅱ(密集六方相)与液相Ⅱ(量子液体)之间的边界是平行温度轴的，这意味着，在这两相的相变点上具有相同的熵值，这两相的有序度相同.固态4He的相变(hcp→fcc)是Dugdale和Simon于1953年利用测量比热的方法首次发现的，而4He的固化是Keesom于1926年首先研究的.稀有气体的原子具有最简单的电子组态，其最外面的电子壳层是完全充满的.在固态稀有气体中，原子之间的相互作用也是较简单的，吸引部分为范德瓦尔斯力(Van der Waals force)，排斥部分为闭合壳层之间的排斥力.因此，它是检验各种固体理论模型的理想体系.很多作者从理论和实验上对它的晶体生长、原子间相互作用势、电子结构、声子谱、电-声子相互作用，以及热、电、光等宏观性质进行了相当深入的研究.表中给出固态稀有气体的一些参量.固态稀有气体是软固体，是理想的准静水压传压介质(Quasi-Hydro-static Pressure Medium).特别是固态氩对于在高压研究中常用的钼的KαX射线有较强的散射，其晶格参数随压力的变化可以标定压力. 所以在高压X射线衍射实验中，固态氩既可做为准静水压传压介质，又可同时做为压力内标物质.在室温下固态氩的状态方程已测到80GPa，获得的准静水压已达到90GPa，其压力的不均匀偏差仅为1.5%.固态稀有气体是绝缘体. 目前只发现氙在130GPa和室温下转变为金属.

4He的相图

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