压缩

原子结构的高压x射线晶体学研究揭示了三种主要的压缩机制固体:债券压缩键角弯曲和分子间压缩;它们在图1．债券compression-i.e。原子间距离的缩短在某种程度上发生在所有的原子中化合物在高压力．这种效应的大小在理论上和经验上都已被证明与粘结强度有关。强大的共价金刚石中的碳-碳键经历的压缩百分比最低:大约每GPa 0.07%。同样的,离子键高电荷正离子和阴离子之间的键，如Si之间的键^{4 +}和O²⁻在硅酸盐中，相对不可压缩(每GPa小于0.2%)。另一方面，碱卤化物中相对较弱的键，显示出的键压缩率通常超过每GPa 5.0%。

许多常见的材料显示不同的粘结特征朝不同方向;这主要发生在层状化合物(如石墨和层状硅酸盐，如云母)和链状化合物(如许多聚合物化合物和链状硅酸盐，包括某些种类的石棉)中。因此，粘结强度对粘结压缩的强烈依赖通常导致各向异性也就是说，在不同晶体方向上的压缩有显著差异。在许多层状结构硅酸盐中，如云母，其中含有镁氧键、铝氧键和硅氧键的较强和刚性层与含有碱阳离子的较弱层交替，垂直于层的压缩性比层内的压缩性大5倍。这种不同的压缩性和相关的应力在高压地质中发展环境有助于在片岩等富含云母的岩石中形成戏剧性的层状纹理。

许多常见的离子化合物，包括岩石形成矿物石英，长石，石榴石，沸石和钙钛矿(高压MgSiO_3.它被认为是地球上最丰富的矿物)，是由角连接的原子多面体簇或框架组成的。多面体由一个中心阳离子组成，通常是常见矿物中的硅或铝，周围分别由四个或六个氧原子组成的正四面体或八面体。在框架结构中，每个氧原子都与两个四面体或八面体阳离子结合，形成三维多面体网络。在这些材料中，通过弯曲金属-氧-金属可以发生显著的压缩键角在多面体之间。由这种弯曲引起的体积变化，以及与之相关的多面体间空间的坍塌，通常比由于键长变化而产生的压缩大一个数量级。因此，框架结构通常比只有边共享多面体或面共享多面体的结构更可压缩，后者的压缩主要归因于键的缩短。

分子固体——包括冰，固化气体，如固体氧(O₂)，氢(H₂)和甲烷(CH₄)，以及几乎所有的有机化合物——由一系列离散的刚性分子组成，这些分子通过弱氢键相互连接范德华力．压缩在这些材料通常发生的大幅度降低分子间距离(通常接近每GPa的10%)，与最小的分子内压缩相反。分子间与分子内压缩机制的差异在某些情况下导致显著的各向异性压缩。石墨在美国，元素碳的低压分层形式，其中的“分子”是连续的二维薄片，可能是这种现象的最极端的例子。石墨层内的碳碳键压缩每GPa仅为0.07%(类似于金刚石中的C-C键压缩)，而层间压缩，主要由作用在碳片之间的范德华力主导，大约是每GPa的45倍。

对电和磁性能的影响

在高压环境下测量材料的电和磁特性具有相当大的实验困难，特别是与将引线连接到加压样品或检测实验中的小信号有关的实验。尽管如此,电气导率许多材料在高压下都有记录。固体的主要类别——绝缘体、半导体、金属和超导体——是根据电导率及其随温度的变化来区分的。绝缘体，其中包括大多数岩石形成的氧化物和硅酸盐，已被地球物理学家广泛研究，主要关注极端条件下深层岩石和矿物的行为和性质。事实上，人们曾经希望实验室对这些性质的限制可以与地球的电磁性质的已知值联系起来，从而限制作文和地球模型的温度梯度。然而，矿物成分(例如，亚铁与铁铁的比例)以及缺陷性质的微小变化似乎可以发挥比压力本身更大的数量级的作用。

的属性半导体对压力高度敏感，因为结构的微小变化会导致电子性质的大变化。的金属化硅而且锗，这些变化伴随着电导率的数量级增加，代表了这种变化的极端情况。而简单的金属则表现出一般趋势随着压力的增加，电导率增加，有很多例外。钙而且锶电导率分别在30和4 GPa时达到最大值钡而且砷随着压力的增加显示最大值和最小值。另一方面，离子导体通常在高压下由于离子通道的崩溃而导致电导率下降。

压力已被发现是一个敏感的探针结构的影响超导，因为压力带来的结构变化往往对临界温度有重大影响，即低于该温度的材料是超导体。在简单金属中，压力最终趋于降低临界温度抑制超导性。另一方面，在一些有机超导体中，超导性只在高压(和接近绝对零度的温度)下出现。在几种层状氧化铜高温超导体中，压力对临界温度有很强的正向影响;这种现象导致了新型超导体的合成，其中使用更小的阳离子来模拟压力的结构效应。

第一次测量磁在高压条件下对样品在金刚石顶孔中进行了性能测试穆斯堡尔谱学，这是一种可以探测a的耦合的技术磁场有了核武器磁偶极子．高压ferromagnetic-to-paramagnetic转换在铁质金属和磁铁矿(Fe_3.O₄)，而一些金属元素的居里温度(即材料的铁磁性不再存在的温度)被发现有轻微的变化。随后的研究采用了由非磁性铍铜合金构成的高压装置，这些装置是为研究受强磁场作用的样品而开发的。