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研究发现压力诱导氮化二钙从金属转变为半导体

2018-09-11 09:55:00 来源:中国科学报

  北京高压科学研究中心研究员缑慧阳团队和日本东京工业大学合作,在二维电子化合物——氮化二钙中发现了压力诱导金属向半导体转变的现象,从而为合成新的电子化合物提供了思路。相关结果日前发表于《先进科学》。

  电子化合物是一类特殊的离子化合物,其中阴离子是过剩的价电子。松散结合的电子阴离子不依附任何原子和基团。此类化合物特殊的电子行为,使电子化合物在催化、电池和电子领域有着较大的潜在应用前景。

  研究人员发现,高压下的氮化二钙会出现3种新的晶体结构,并且晶体结构的转变同时伴随着氮原子配位数的增加。测量表明,常压下金属态的氮化二钙随着压力增加,其电阻缓慢增加,并且在10~20 GPa(1GPa=109帕)之间急剧增加。在约20 GPa时,电阻上升到300欧姆。这意味着压力诱导氮化二钙实现了从金属到半导体的转变。

  该团队还对不同结构的氮化二钙电子局域状态进行了理论计算。研究表明,随着压力增加,高压相结构中电子阴离子的分布由二维转变为一维。随着压力的进一步增加,阴离子电子被完全分离开,并且局域在零维的笼子里。正是这种高压下阴离子局域化的重新分布,导致了半导体特性的出现。

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