磷化锌的高压新结构

四川大学原子与分子物理研究所高压科学与技术实验室彭放教授团队与西南科技大学梁浩副教授研究团队合作，利用金刚石压砧结合同步辐射X射线衍射技术，原位探测到了Zn3P2在高压下的结构相变，通过GSAS结构精修，初步确认了Zn3P2在高压下的新结构是空间群为Pmmn的正交结构；随后，该团队利用实验室自主设计的二级组装，探测到了Zn3P2在结构相变的同时还伴随着电阻的突变。相关研究成果近日发表于Inorganic Chemistry 杂志，论文第一作者为彭放教授指导的硕士生唐越。
在 II3V2 型的化合物中，磷化锌占据了独特的位置，它作为最有应用前景的半导体之一，吸引了广泛的关注，由于它的光电性能十分优越，被视为下一代太阳能电池的候选材料。但是这些优异的光电性能是四方结构的磷化锌所具备的，四方结构的磷化锌对温度和压力都十分敏感，低温、高温、高压都会使它发生结构相变。由此，充分地了解磷化锌在极端条件下的结构稳定性对于更好的利用磷化锌十分必要。
基于上述背景，利用金刚石压砧结合同步辐射光源，原位采得了磷化锌在高压下的衍射谱，发现磷化锌在11GPa开始发生结构相变，在17GPa以上以一种新的结构存在，GSAS结构精修初步确认该结构为正交结构（空间群Pmmn），并首次确认了该结构的晶胞参数，分析了该结构的压缩行为和体弹模量。在6×8MN大腔体压机的二级实验中，对磷化锌在高压下的电阻变化进行原位测量，发现在11GPa附近，磷化锌的电阻开始发生骤降，即出现半导体-金属的转变。另外，在同样利用6×8MN大腔体压机探究磷化锌的相变动力学的实验中，发现磷化锌的高压相变是典型的成核-生长型过程。

（a）磷化锌在不同压力下的X射线衍射谱，（b）5.5GPa衍射谱精修图，（c）17.7GPa衍射谱精修图，（d）磷化锌的电阻随压力变化图，（e）探究相变动力学。

全文链接：Yue Tang, Hao Liang, Shixue Guan, Mengyang Huang, Wenqiang Wang, Qiming Wang, Duanwei He, and Fang Peng. Elucidating the Phase Transformation and Metallization Behavior of Zinc Phosphide under High Pressure. Inorg. Chem. 2021, 60, 14, 10315–10322.
DOI: 10.1021/acs.inorgchem.1c00789
网址：https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.1c00789
该项研究成果与2021年6月被期刊《Inorganic Chemistry》接收发表，硕士研究生唐越为第一作者，彭放教授和梁浩副教授为共同通讯作者。