Ag2Te的压致电子拓扑相变

　　Ag₂Te是一种三维拓扑绝缘体，随着工作温度升高时，其过较小的体带隙限制了现有三维拓扑绝缘体的应用价值。如何提高三维拓扑绝缘体的体带隙，保持其高温时拓扑特性的难题，一直困扰着各国科研工作者。此外，Ag₂Te高压下的结构变化及高压新相结构也备受争议。吉林大学超硬材料国家重点实验室的一个研究组对Ag₂Te高压下的晶体和电子结构进入了深入的研究，相关的研究成果发表在2015年9月30日的《Scientific Reports》上。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）4W2-高压实验站的原位X射线，该研究组研究Ag₂Te高压原位结构变化，发现了Ag₂Te在2.2 GPa和11.3 GPa左右经历了两次晶体结构相变；并结合该研究组独特的CALYPSO晶体结构预测方法，首次精确确定了Ag₂Te的高压结构相变顺序为：P21/c、Cmca、Pnma，如图1示。 

　　图1 Ag₂Te的相变过程解构图 

　　该发现不仅澄清了关于Ag₂Te在P21/c相中的压致同构相变的争议，精确地确定了前人报道的Cmca相的结构信息，还确定了长期未解决的第二个高压相的晶体结构为Pnma相。 

　　此外，依据高压原位X射线衍射实验结果，该研究组利用高压原位电阻率测试以及第一性原理计算，进一步研究Ag₂Te在2.2GPa以下时的压致电子结构变化。他们发现：在1.8 GPa时，拓扑绝缘体Ag₂Te经历了电子拓扑相变（如图2示），其帯隙由间接帯隙转变为直接帯隙；在发生电子拓扑相变之前，Ag₂Te的电阻率展现出正的压力系数，体带隙随压力增加而加大。该结果证实，压力效应可有效地增大三维拓扑绝缘体Ag₂Te的体带隙。 

　　图2 Te的电阻率随压力变化 

　　该研究结果是首次在三维拓扑绝缘体中被发现。这一研究结果证实，可利用物理和化学的方法提高三维拓扑绝缘体的体帯隙。即利用化学掺杂的方法在Ag₂Te形成化学内应力，达到相同的物理压应力的效果，必将增加Ag₂Te的体帯隙，进而提高其拓扑本质的作用。该研究结果为如何提高拓扑绝缘体的拓扑本质，提供了新的思路和方法。

　　发表文章： 

　　Yuhang Zhang, Yan Li^*, Yanmei Ma, Yuwei Li, Guanghui Li, Xuecheng Shao, Hui Wang, Tian Cui, Xin Wang^* & Pinwen Zhu^* Electronic Topological Transition in Ag₂Te at High-pressure. Scientific Reports 5(2015), 14681(1–9).