固態相變特點的實際應用（一種新型固態相變）

2023-07-25 08:56:43

固態相變通常指在外界壓力和溫度的調控下，物質晶體結構和電子結構等發生變化。在結晶學領域，根據晶體中原子位移的程度，固態相變被清晰的分為兩類，一類是位移型相變，這種相變保持了初始相化學鍵的穩定性；另一類是重構型相變，這種相變預示著初始結構的化學鍵已經遭到了破壞。一般認為位移型和重構型相變之間有明顯的界限。

近日，北京高壓科學研究中心的胡清揚研究員與中山大學的朱升財副教授合作的最新研究發現碲化鋅（ZnTe）在差應力，也就是不均一壓力的誘導下就發生了一種介於位移型和重構型間的「準重構型相變」—該相變相變兼具兩種相變類型的特點，處於位移型和重構型相變間的灰色地帶。相關研究以「Deviatoric stress inducedquasi-reconstructive phase transition in ZnTe」為題發表於J. Mater. Chem. C (DOI: 10.1039/C9TC06334J)。

碲化鋅是典型的具有寬帶隙的II-VI組半導體材料，因為具有有光導、螢光等特性，在綠光發射器件、太陽能電池、波導和調製器等光電器件方面也有廣泛應用。之前人們發現碲化鋅在高壓作用下會經歷兩次位移型相變，而未有II-VI組半導體常見的重構型相變。莊毓凱博士等人利用同步輻射X射線衍射、高壓拉曼、掃描電鏡測量及第一性原理計算發現在差應力的誘導下，碲化鋅原本的位移型相變產生了巨大的晶格畸變，顯示出部分重構型相變的特徵。

圖釋：上圖：（a）初始樣品掃描電鏡圖，（b）非靜水壓卸壓樣品掃描電鏡圖，（c）靜水壓卸壓樣品掃描電鏡圖；下圖：樣品在10GPa時的相變動力學圖。

「伴隨著新化學鍵的形成，巨大的熱力學滯後與相對較小的原子位移，碲化鋅經歷了較為複雜的一組相變，其既不完全屬於位移型相變，也不完全屬於重構型相變。因此，我們把其定義為準重構型相變，」該工作的第一作者莊毓凱博士解釋到。

這項研究表明在壓力等外部極端環境下，某些工業材料的結構及性能可以進一步得到優化。儘管差應力以前被認為是材料製作領域的絆腳石，但是在某些時也有助於設計相關相變路徑甚至是控制相變動力學，優化下一代光合材料的寬帶隙。（感謝胡清揚課題組的解讀）

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