ELECTRONIC STRUCTURE OF MATTER AT HIGH COMPRESSION : ISOSTRUCTURAL TRANSITIONS AND APPROACH OF THE FERMI-GAS LIMIT

Résumé
Les auteurs étudient l'effet des couches atomiques internes sur la compression froide de la matière à des pressions supérieures à 1 Gbar. On compare les résultats de calculs de structure de bande utilisant des ondes sphériques augmentées à ceux du modèle statistique quantique. Les éléments explicitement traités sont Li, He, Be, Al et K. On ne trouve pas d'anomalies dues à l'ionisation par pression. Cependant, on met en évidence un comportement oscillatoire systématique des courbes pression-froide pour les transitions électroniques isostructurelles. Ces dernières résultent de déplacements de bandes induits par la pression et de la redistribution électronique à partir de bandes à petits moments angulaires (ondes s, p) vers celles à moments angulaires élevés (ondes d et f). Les déplacements apparaissent généralement lorsque la matière est comprimée à l'aide d'atomes étendus, jusqu'à un état fortement dégénéré. Les anomalies sont fortes pour les atomes alcalins. Li manifeste un fort aplatissement dû à la pression lorsque la compression est quintuple à 5-10 Mbar. Ce même phénomène apparaît soudainement pour K à 500 kbar. Be et Al ont des oscillations beaucoup plus faibles. He métallique apparaît à 12,1 g/cm³ et 110 Mbar. Be démontre une transition structurelle hcp → bcc à 2 Mbar.

Abstract
This paper is concerned with the effect of atomic-shell structure on the cold pressure of highly compressed matter up to 1 Gbar and above. The method is to compare band-structure calculations based on augmented spherical waves with results of the quantum-statistical model. Elements treated explicitly are Li, He, Be, Al, and K. No indication for anomalies due to pressure ionization is found. However, an oscillatory behavior of cold-pressure curves is systematically obtained due to isostructural electronic transitions. They are traced back to pressure-induced band shifts and electron redistribution from bands of low angular momentum (typically s and p waves) to bands of higher angular momentum (typically d and f waves). The shifts are shown to occur generally when squeezing normal matter with extended atoms into highly degenerate matter. The anomalies are particularly pronounced for alkali metals: Strong pressure flattening is found for Li at fivefold compression and 5-10 Mbar, and very sharply for K somewhat below fivefold compression and 500 kbar. The oscillations are much weaker for Be and Al. Metallization of He is obtained at 12.1 g/cm³ and 110 Mbar. For Be, a structural hcp → bcc transition at 2 Mbar is predicted. (paru dans Phys. Rev. B37, 8674, 1988).