Phase transitions and spin state of iron in FeO under the conditions of Earth's deep interior

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作者
Eran Greenberg,Roman Nazarov,A. Landa,Jianjun Ying,Randolph Q. Hood,Bar Hen,Raymond Jeanloz,Vitali B. Prakapenka,В. В. Стружкин,G. Kh. Rozenberg,I. Leonov
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (24) 被引量:6
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.l241103
摘要

Iron-bearing oxides undergo a series of pressure-induced electronic, spin and structural transitions that can cause seismic anomalies and dynamic instabilities in Earth's mantle and outer core. We employ x-ray diffraction and x-ray emission spectroscopy along with state-of-the-art density functional plus dynamical mean-field theory (DFT+DMFT) to characterize the electronic structure and spin states, and crystal-structural properties of w\"ustite (Fe$_{1-x}$O) -- a basic oxide component of Earth's interior -- at high pressure-temperature conditions up to 140 GPa and 2100 K. We find that FeO exhibits complex polymorphism under pressure, with abnormal compression behavior associated with electron-spin and crystallographic phase transitions, and resulting in a substantial change of bulk modulus. Our results reveal the existence of a high-pressure phase characterized by a metallic high-spin state of iron at about the pressure-temperature conditions of Earth's core-mantle boundary. The presence of high-spin metallic iron near the base of the mantle can significantly influence the geophysical and geochemical properties of Earth's deep interior.

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