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(guān)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(fā)表于國際知名學術(shù)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(yè),、氣體激光器,、等離子流和醫(yī)療等領(lǐng)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(zhàn)性難題。
傳統(tǒng)觀點認為,，氙氣可能隱藏在地球內(nèi)部地幔,、地核等區(qū)域。然而,，迄今為止沒有足夠的證據(jù)顯示氙氣可穩(wěn)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(nèi)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(fā)的CALYPSO結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)氙可與近期發(fā)現(xiàn)的下地幔礦物FeO2發(fā)生化學反應，生成穩(wěn)定的氙鐵氧化物—Xe2FeO2和XeFe3O6,。下地幔密度和聲速等關(guān)鍵數(shù)據(jù)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(tǒng)的結(jié)構(gòu)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(fā)生化學反應，并且下地幔的其它主要成分也不能與氙氣發(fā)生化學反應,。如上數(shù)據(jù)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(fā)現(xiàn)拓寬了氙化學的研究范圍,，豐富了下地幔的物質(zhì)構(gòu)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(guān)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(shù)期刊，發(fā)表行星科學,、化學和物理學等領(lǐng)域的高質(zhì)量研究論文,，反映相關(guān)領(lǐng)域的重要研究進展，在綜合性學術(shù)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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