合肥研究院等高壓物質科學研究取得系列成果

　　近日，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所高壓研究團隊與其合作者在實驗上觀測到了壓力誘發MoS2的金屬化，并闡明了相變發生的物理機制，相關結果于7月16日在《物理評論快報》（Physical Review Letters）在線發表，并被選為該雜志編輯推薦文章（Editor’s suggestion）。

　　近年來，隨著石墨烯研究熱潮的興起，類石墨烯低維材料逐漸成為凝聚態物理和材料領域的研究熱點。其中，半導體過渡金屬二硫化物MoS2具有和石墨類似的層狀結構，其二維單層具有石墨烯所不具備的直接能隙，因而在納米電子學和光電子器件方面具有廣泛的應用前景。實驗上已經證實：通過堿金屬和有機導電分子插層，或者施以靜電場偏壓進行電荷載流子摻雜，可以使MoS2從半導體轉變成金屬并最終變成超導體。壓力，作為獨立于溫度和化學組分之外的一個“潔凈”的熱力學參數，能夠可控的調節材料的能帶結構和晶體結構，從而誘發出新奇的物理現象。盡管已有理論研究表明MoS2在高壓下可能通過能帶重疊和能隙閉合發生半導體態向金屬態的轉變，然而從實驗上直接證明MoS2在高壓下的金屬化轉變卻未見報道，而且高壓下發生的晶體學相變和電子結構演化規律仍不明確，尚不清楚相變或金屬化發生的物理機制。

　　固體所團隊研究人員利用金剛石對頂砧產生的靜態超高壓，對MoS2進行了高壓下的系統拉曼散射、同步輻射X光衍射，以及電輸運測等系列研究，結果表明：在20 GPa（20萬大氣壓力）以上，MoS2通過層間滑移發生可逆的等結構的一級晶體學相變；在40GPa附近，該等結構相變徹底完成，MoS2從半導體變成金屬，研究者還發現這種相變具有可逆性，并伴隨有滯后效應。

　　課題負責人陳曉嘉研究員認為，該研究有助于理解同類半導體過渡金屬硫化物的光電行為和結構特征。目前，科學家正在研究該類材料中可能存在的高溫超導電性。

　　 固體所副研究員遲振華為文章的第一作者，研究者包括位于上海的高壓先進科研中心、華南理工大學、美國卡內基研究院地球物理實驗室、日本大阪大學的研究人員。研究工作得到了包括中組部創新人才計劃和外專項目，以及中美國家自然科學基金等項目的支持。這項研究成果是固體所極端環境量子中心繼發現NaCl高壓下新形式和甲烷在高溫高壓下行為后的又一重要發現，前兩項成果于2013年分別發表在《科學》 (Science 342, 1502 (2013)) 和《自然通訊》(Nature Communication 4,2446 (2013))上。與此同時，該中心在高壓下超導電性、材料結構穩定性研究方面也取得一定進展，部分結果發表在Nature集團旗下刊物《科學報告》（Scientific Reports 3, 3331(2013)； 4, 5735 (2014)）上。

　　固體所極端條件量子物質研究中心自2013年以來已建成了高壓、高溫、低溫等極端條件實驗平臺。目前擁有的設備包括可旋轉紅外激光打孔裝置，多激發光波長的低波數多光路高壓光學系統，高壓低溫光譜、輸運、磁性、介電多功能測量系統，以及配備激光加熱裝置的高溫高壓光譜測量系統。于2014年其一期建設通過了中科院組織的專家驗收。目前中心聚集了AlexangerGoncharov和Eugene Gregoryanz兩位外專千人專家組成的創新團隊，正在開展極端高溫高壓下的物質合成與原位表征，特別關注超高壓下的氫行為，高壓下的超導電性等前沿科學問題。

MoS2拉曼振動模式頻率隨壓力的演化，當兩相共存發生完成后，體系進入金屬態。

遲振華副研究員正利用低溫高壓物性綜合測量平臺進行高壓下電輸運測量