二元半导体Mg3X2(X=N、P、As、Sb)的高压结构相变研究

Ⅱ-Ⅴ semiconductors crystallize in the typical A3B2-type structure at ambient pressure. Therefore,Ⅱ-Ⅴ semiconductors are the excellent prototype materials in the basic science research to study the transition mechanism. In the current project, the pressure-induced structure transformations of Mg3X2 (X = N, P, As，Sb) will be investigated by using synchrotron X-ray diffraction techniques in the diamond anvil cell. The crystal structures of the new phases will be identified to complete the phase sequences of these compounds. In addition, the electronic, elastic, phonon and optic properties of Mg3X2 will be studied by using the first-principle calculations basing on the density functional theory to reveal the physical mechanism of the phase transformations. The general transition rule acquired in this study is significant to the summarizing of the transition rule and the deep understanting of the high pressure behaviors of II-V semiconductors.

Ⅱ-Ⅴ族半导体在常压下具有典型的A3B2型结构，是基础科学研究领域中研究物质高压结构相变及其微观机制极好的原型材料。本项目拟选取Ⅱ-Ⅴ族半导体中的Mg3X2（X = N、P、As、Sb）体系为研究对象，采用金刚石压砧原位同步辐射X射线衍射技术，进行该体系的高压结构相变研究；给出体系高压新相的精确的晶体结构，获得体系完整的高压相变序列；同时，结合基于密度泛函理论的第一性原理计算探索体系在结构演化过程中电子、弹性、声子和光学等物理性质的变化规律，建立材料各种物理性质与晶体结构之间的关联，进而揭示体系结构相变的物理机制；本项目获得的高压相变规律将会对其它Ⅱ-Ⅴ族半导体的高压研究提供重要的参考，这对于总结Ⅱ-Ⅴ族半导体的高压相变规律，全面深入的认识其高压行为具有重要的科学意义。

研究材料的高压性质是材料研究领域的关键课题之一。本项目利用高压原位拉曼光谱技术结合第一性原理计算方法对二元半导体Mg3X2体系和富碳材料的高压性质进行了系统的研究，在材料的高压结构相变领域做出了创新性研究成果，主要包括：i.利用第一性原理计算首次提出Mg3P2的高压新相的晶体结构和高压相变序列并给出了Mg3As2的原位高压拉曼数据；ii. 首次提出C3N的两个新相，为实验和实验上合成出潜在的新兴超硬材料提供依据；iii.利用第一性原理计算预测了新型材料Pnnm-CN的结构，电子，动力和机械性能, 结果表明其是一种潜在的超硬材料。