VO2(A)纳米棒的压致金属化和非晶化

　　压致非晶化在物理、化学、材料以及地球科学等领域具有重要的意义，而备受关注。然而，前人对压致非晶化的研究主要集中在其转变机制上，对其转变过程中伴随的物理性质变化的仍缺乏深入的认识。吉林大学超硬材料国家重点实验的一个研究组对典型强关联体系模型VO2(A)在高压下的非晶化行为与绝缘-金属态转变进行了深入的研究，相关的研究成果发表在2016年5月24日的 《Physical Review B》。 

　　该研究组发现VO2(A)分别在28和32 GPa发生了绝缘-金属态转变和非晶化转变，首次获得了一个全新的四方金属相。结果显示，VO2(A)在高压下各个晶轴存在强烈的各向异性压缩，晶格内部的VO6八面体发生了复杂的旋转，造成了晶格结构的不稳定，最终诱导了非晶化。而VO2(A)的绝缘-金属态转变，则被认为是由于原本束缚在V原子周围的V3d电子在压力下转变为自由电子引起的。全新的金属态四方相的发现扩展了VO2家族的金属相范围，丰富了对VO2金属-绝缘态转变的认识，同时也为证明VO2压致金属化为Mott相变提供了重要实验依据。 

　　图1 VO2(A)晶格常数a和c随压力的相对变化(a), 两种V-O-V键角度随压力的变化。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）4W2-高压实验站的X射线衍射(XRD)技术，研究了高压下VO2纳米棒的结构转变规律。VO2(A)纳米棒在的a轴和c轴展示出明显不同的压缩率，表明其在压力下存在强烈的各向异性压缩现象。此外，高压下（20 GPa以上）沿c轴两共顶点八面体内的V原子与共用O原子形成的键角(V-O1-V)急剧减小，而对应于[110]面内两共顶点八面体内的V原子与共用O原子形成的键角(V-O2-V)却逐渐增大，表明VO6八面体在压力下出现了复杂的旋转。这种旋转破坏了晶格的稳定性，并最终导致VO2(A)在高压下的非晶化。 

　　这个研究为认识VO2(A)纳米材料的结构转变规律和物理特性提供了科学依据。在该研究中，同步辐射光源帮助该课题组实现了对VO2(A)在高压下结构演变的研究。该课题组组长、吉林大学超硬材料国家重点实验室刘冰冰教授指出：“VO2(A)的压致非晶和绝缘-金属态转变均与其晶格结构和原子排布直接相关。高亮度的同步辐射光束线有助于对样品结构的精准表征，对进一步加深其高压下结构和性质变化规律的认识具有重要意义”。

　　发表文章： 

　　Benyuan Cheng, Quanjun Li, Huafang Zhang, Ran Liu, Bo Liu, Zhen Yao, Tian Cui, Jing Liu, Zhenxian Liu, Bertil Sundqvist, and Bingbing Liu*, Pressure induced metallization and amorphization in VO2(A) nanorods, Physical Review B 2016, 93,184109.