一种新型固态相变！准重构型相变

来源：材料科学与工程

固态相变通常指在外界压力和温度的调控下，物质晶体结构和电子结构等发生变化。在结晶学领域，根据晶体中原子位移的程度，固态相变被清晰的分为两类，一类是位移型相变，这种相变保持了初始相化学键的稳定性；另一类是重构型相变，这种相变预示着初始结构的化学键已经遭到了破坏。一般认为位移型和重构型相变之间有明显的界限。

近日，北京高压科学研究中心的胡清扬研究员与中山大学的朱升财副教授合作的最新研究发现碲化锌（ZnTe）在差应力，也就是不均一压力的诱导下就发生了一种介于位移型和重构型间的“准重构型相变”—该相变相变兼具两种相变类型的特点，处于位移型和重构型相变间的灰色地带。相关研究以“Deviatoric stress inducedquasi-reconstructive phase transition in ZnTe”为题发表于J. Mater. Chem. C (DOI: 10.1039/C9TC06334J)。

碲化锌是典型的具有宽带隙的II-VI组半导体材料，因为具有有光导、荧光等特性，在绿光发射器件、太阳能电池、波导和调制器等光电器件方面也有广泛应用。之前人们发现碲化锌在高压作用下会经历两次位移型相变，而未有II-VI组半导体常见的重构型相变。庄毓凯博士等人利用同步辐射X射线衍射、高压拉曼、扫描电镜测量及第一性原理计算发现在差应力的诱导下，碲化锌原本的位移型相变产生了巨大的晶格畸变，显示出部分重构型相变的特征。

图释：上图：（a）初始样品扫描电镜图，（b）非静水压卸压样品扫描电镜图，（c）静水压卸压样品扫描电镜图；下图：样品在10GPa时的相变动力学图。

 “伴随着新化学键的形成，巨大的热力学滞后与相对较小的原子位移，碲化锌经历了较为复杂的一组相变，其既不完全属于位移型相变，也不完全属于重构型相变。因此，我们把其定义为准重构型相变，”该工作的第一作者庄毓凯博士解释到。

这项研究表明在压力等外部极端环境下，某些工业材料的结构及性能可以进一步得到优化。尽管差应力以前被认为是材料制作领域的绊脚石，但是在某些时也有助于设计相关相变路径甚至是控制相变动力学，优化下一代光合材料的宽带隙。