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我院高压研究团队在探索超硬超导材料设计与高压相变方面取得进展

发布时间:2020-04-21文章来源: 浏览次数:

压力作为独立于物质组分和温度的热力学参量,可以有效改变晶体结构、电子结构和原子(分子)间的相互作用,现已成为探索常规条件下不曾出现的新物质、新规律和新性质的有效手段。近期,我院高压研究团队在高压结构相变与新型超硬超导材料研究领域取得一系列最新进展,陆续发表在Phys. Rev. B, Phys. Chem. Chem. Phys., J. Raman Spec.等物理与材料类国际期刊。实验合成与表征工作在我院新建设的学科公共平台上完成,计算模拟工作依托学校高性能计算中心服务器完成。

1)利用高压寻找新型高温超导体,深入探究其超导机理,对推进凝聚态物理和材料科学领域的发展具有重要的科学意义。研究团队通过理论计算模拟发现TaS2除了低压稳定的1T2H结构,在高压下还稳定存在C2/m27-59 GPa)与I4/mmm结构(59-200 GPa)。不同于此前研究中材料超导特性通常随压力升高逐渐降低甚至消失的规律,我们研究发现TaS2在高压下表现出超导体-金属-超导体的特殊转变,I4/mmm-TaS2的超导特性可以保持到200 GPa以上。这一结果为我们进一步了解过渡族金属硫化物的超导机制提供新的思路。相关成果发表于Phys. Chem. Chem. Phys.上(DOI: org/10.1039/D0CP00838A, 2020SCI二区TOP),我院2019级硕士研究生王晓郡为该论文第一作者,该研究工作得到了张平教授的大力支持与指导,陈欣教授和刘晓兵教授为共同通讯作者。

文章链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cp/d0cp00838a#!divAbstract

2)研究团队采用晶体结构搜索技术和基于密度泛函理论的第一性原理方法,探索了Mg-Br 体系的高压结构相变。通过建立Mg-Br 体系0-200 GPa 的高压相图,成功发现在高压下存在的三种新型稳定配比(MgBr3MgBrMg4Br)。我们的研究结果表明:首先,I4/mmm-Mg4Br 结构是一个新的电子化合物(178 GPa);其次,我们发现结构I4/mmm-Mg4Br Pm-3m-MgBr Br 的氧化态接近-2;最后,P21/m-MgBr3 I-42m-MgBr3 分别具有23.20.49 K的超导转变温度。相关成果发表于Phys. Chem. Chem. Phys.上(22, 3066-3072, 2020SCI二区TOP),我院青年教师王超博士为该论文第一作者,刘云仙副教授和刘晓兵教授为共同通讯作者。

文章链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/CP/C9CP05627K#!divAbstract

3)研究团队与东北师范大学杨国春教授课题组合作,利用CALYPSO结构预测方法在高压下(100 GPa)发现了NaB4Na2B17两种均可以稳定到常压条件的新结构。我们结果发现,通过移除钠原子可以制备两种具备超导特性的新型硼同素异形体,I4/mmm-B4Pm-B17超导温度达到19.815.4 K。此外,这两种新结构的硬度达到27.326.8 GPa相关成果发表于Phys. Rev. B上(2020SCI二区TOP),Aitor Bergara(西班牙)、刘晓兵教授和东北师范大学杨国春教授为共同通讯作者。

文章链接:https://journals.aps.org/prb/accepted/7e073Of2Ccb1ef39389f09c18064c218c4ca514b8

4)高压科学对揭示地球内部矿物的成因机制与深层次理解地幔过渡带中的许多疑难问题具有极其重要的价值,其中对于翡翠(NaAlSi2O6)的高压结构相变存在多年的争论。研究团队利用显微拉曼原位测试系统对NaAlSi2O6 的高压研究发现其在压力约62 GPa出现相变,并通过第一性原理计算分析其在其高压下的结构变化,我们首次确认了NaAlSi2O6在高压下出现了伴随约3.17%体积垮塌的等结构相变,这个结果将为我们进一步了解地球内部的信息提供有力的帮助。相关成果发表于J. Raman Spec.上(DOI: org/10.1002/jrs.5837, 1-7, 2020SCI二区),我院2016级本科生费格(理论)和2018级硕士研究生宋京岩(实验)为该论文第一与第二作者,陈欣教授和刘晓兵教授为共同通讯作者。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jrs.5837

5)钻石作为世界上最硬的材料,提高其韧性与强度对推进其实际应用前景具有重要价值。研究团队利用高温高压技术(18-20 GPa, 2000-2300 K)通过掺杂具备高韧性的B4C纳米粉,成功改善了纳米金刚石聚晶材料的韧性,在保持90 GPa硬度值的前提下,韧性值达到18.37 MPa m0.5,这是在已制备纳米金刚石材料中的最高值。相关成果发表于Nanoscale Adv.上(2, 691-698, 2020),被选为杂志后封面,我院2018级硕士研究生赵波和张圣亚分别为该论文第一与第二作者,杨兵超博士和刘晓兵教授为共同通讯作者。

文章链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/na/c9na00699k#!divAbstract

该工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和cc国际网投平台人才引进经费的支持。刘晓兵教授高压物理与材料科学研究团队自2018年成立以来,致力于高压下新型功能材料设计与探索研究,2019年获批山东省优秀青年创新团队,已获得5项国家自然科学基金和6项山东省自然科学基金支持,1项国家发明专利,1项软件著作权,发表包括PNASAFMJMCCPRBPCCP等在内20余篇SCI收录论文。

2020年诚挚邀请具有物理、化学、材料背景考研同学加入高压物理与材料科学研究团队(HPPMS)!

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