近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所高壓研究團(tuán)隊與其合作者在實驗上觀測到了壓力誘發(fā)MoS2的金屬化，并闡明了相變發(fā)生的物理機(jī)制，相關(guān)結(jié)果于7月16日在《物理評論快報》（Physical Review Letters）在線發(fā)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(tài)物理和材料領(lǐng)域的研究熱點。其中，半導(dǎo)體過渡金屬二硫化物MoS2具有和石墨類似的層狀結(jié)構(gòu)，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(xué)和光電子器件方面具有廣泛的應(yīng)用前景。實驗上已經(jīng)證實：通過堿金屬和有機(jī)導(dǎo)電分子插層，或者施以靜電場偏壓進(jìn)行電荷載流子摻雜，可以使MoS2從半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變成金屬并最終變成超導(dǎo)體。壓力，作為獨立于溫度和化學(xué)組分之外的一個“潔凈”的熱力學(xué)參數(shù)，能夠可控的調(diào)節(jié)材料的能帶結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，從而誘發(fā)出新奇的物理現(xiàn)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(fā)生半導(dǎo)體態(tài)向金屬態(tài)的轉(zhuǎn)變，然而從實驗上直接證明MoS2在高壓下的金屬化轉(zhuǎn)變卻未見報道，而且高壓下發(fā)生的晶體學(xué)相變和電子結(jié)構(gòu)演化規(guī)律仍不明確，尚不清楚相變或金屬化發(fā)生的物理機(jī)制。

　　固體所團(tuán)隊研究人員利用金剛石對頂砧產(chǎn)生的靜態(tài)超高壓，對MoS2進(jìn)行了高壓下的系統(tǒng)拉曼散射、同步輻射X光衍射，以及電輸運(yùn)測等系列研究，結(jié)果表明：在20 GPa（20萬大氣壓力）以上，MoS2通過層間滑移發(fā)生可逆的等結(jié)構(gòu)的一級晶體學(xué)相變；在40GPa附近，該等結(jié)構(gòu)相變徹底完成，MoS2從半導(dǎo)體變成金屬，研究者還發(fā)現(xiàn)這種相變具有可逆性，并伴隨有滯后效應(yīng)。

　　課題負(fù)責(zé)人陳曉嘉研究員認(rèn)為，該研究有助于理解同類半導(dǎo)體過渡金屬硫化物的光電行為和結(jié)構(gòu)特征。目前，科學(xué)家正在研究該類材料中可能存在的高溫超導(dǎo)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(jìn)科研中心、華南理工大學(xué)、美國卡內(nèi)基研究院地球物理實驗室、日本大阪大學(xué)的研究人員。研究工作得到了包括中組部創(chuàng)新人才計劃和外專項目，以及中美國家自然科學(xué)基金等項目的支持。這項研究成果是固體所極端環(huán)境量子中心繼發(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)，前兩項成果于2013年分別發(fā)表在《科學(xué)》 (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(dǎo)電性、材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性研究方面也取得一定進(jìn)展，部分結(jié)果發(fā)表在Nature集團(tuán)旗下刊物《科學(xué)報告》（Scientific Reports 3, 3331(2013)； 4, 5735 (2014)）上。

　　固體所極端條件量子物質(zhì)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(shè)備包括可旋轉(zhuǎn)紅外激光打孔裝置，多激發(fā)光波長的低波數(shù)多光路高壓光學(xué)系統(tǒng)，高壓低溫光譜、輸運(yùn)、磁性、介電多功能測量系統(tǒng)，以及配備激光加熱裝置的高溫高壓光譜測量系統(tǒng)。于2014年其一期建設(shè)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(chuàng)新團(tuán)隊，正在開展極端高溫高壓下的物質(zhì)合成與原位表征，特別關(guān)注超高壓下的氫行為，高壓下的超導(dǎo)電性等前沿科學(xué)問題。