【新聞中心訊】燕山大學(xué)理學(xué)院楊國(guó)春教授課題組通過(guò)理論研究，提出了一種壓力穩(wěn)定的三元半導(dǎo)體電子化合物L(fēng)i₁₀AuF。該結(jié)構(gòu)基于鋰-氟極化結(jié)合壓力調(diào)控軌道能級(jí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了金（Au）的負(fù)七氧化態(tài)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與成對(duì)間隙陰離子電子的穩(wěn)定共存。近日，研究成果以“高壓下鋰-氟極化驅(qū)動(dòng)金負(fù)七氧化態(tài)的穩(wěn)定”為題，在線發(fā)表于《自然通訊》(Nature Communications)。

Li₁₀AuF晶體結(jié)構(gòu)、間隙電子、穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)、氧化態(tài)調(diào)控機(jī)制和X元素調(diào)制的電子性質(zhì)演變

探索非常規(guī)氧化態(tài)是化學(xué)與物理科學(xué)領(lǐng)域的重要前沿方向，對(duì)于拓展元素鍵合規(guī)律和揭示材料電子結(jié)構(gòu)機(jī)制具有重要意義。課題組近期提出了一種創(chuàng)新性“雙驅(qū)動(dòng)”策略：在高壓條件下，將強(qiáng)還原劑鋰（Li）與強(qiáng)氧化劑氟（F）協(xié)同引入，在三元電子化合物L(fēng)i₁₀AuF中實(shí)現(xiàn)了金（Au）負(fù)七價(jià)態(tài)。該研究突破了傳統(tǒng)氧化態(tài)調(diào)控的范式，為探索元素在極端條件下的異常化學(xué)價(jià)態(tài)提供了新的思路。

研究發(fā)現(xiàn)，該絕緣相不僅能夠穩(wěn)定Au的極端負(fù)氧化態(tài)，還在晶格間隙中形成成對(duì)的局域化陰離子電子，使Au原子呈現(xiàn)出與氡（Rn）等同的電子構(gòu)型。這一現(xiàn)象挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，即間隙陰離子電子難以與高度還原的金屬中心在同一化合物中共存，為理解和調(diào)控極端化學(xué)價(jià)態(tài)體系中的電子關(guān)聯(lián)提供了新的視角。

進(jìn)一步的研究表明，通過(guò)以碘（I）或磷（P）替代F，可逐步削弱Au的負(fù)電荷與間隙電子的局域化程度，使絕緣態(tài)的Li₁₀AuF轉(zhuǎn)變?yōu)榘虢饘賾B(tài)的 Li₁₀AuI，最終在 Li₁₀AuP中出現(xiàn)超導(dǎo)行為。該結(jié)果揭示了化學(xué)極化元素組合與高壓條件在調(diào)控極端氧化態(tài)和電子分布方面的協(xié)同機(jī)制。

該研究獲得國(guó)家自然科學(xué)基金、北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心、河北省自然科學(xué)基金等多個(gè)項(xiàng)目的資助。論文的第一作者為理學(xué)院張孝華老師，通訊作者為理學(xué)院楊國(guó)春教授。

該課題組長(zhǎng)期聚焦于壓力誘導(dǎo)的新化學(xué)以及電子化合物超導(dǎo)電性的理論研究，并在Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie、Physical Review Letters等國(guó)際知名期刊發(fā)表多項(xiàng)重要研究成果，為推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展作出了積極貢獻(xiàn)。（編輯 褚玉晶）