記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉，該院固體物理研究所極端環(huán)境量子物質中心團隊，利用金剛石對頂砧加壓裝置研究了高壓下二氧化硫的物性，首次在二氧化硫中發(fā)現了壓力誘導的可逆非晶多形態(tài)相變，相關研究成果日前發(fā)表在《美國科學院院刊》上。

在凝聚態(tài)物理中，非晶多形態(tài)現象十分有趣，但是發(fā)現此現象的體系還較少，研究尚不系統深入。二氧化硫是一種簡單的分子氣體，在工業(yè)生產、地球物理和大氣環(huán)境中都起著重要的作用。與氮氣、氧氣和二氧化碳等常見氣體不同，二氧化硫是彎曲的極性分子，在高壓下會呈現出不同的性質和相圖。

科研人員發(fā)現壓力會誘導二氧化硫非晶化，并且存在兩種高壓非晶相：分子非晶相（二配位的硫）和聚合物非晶相（三配位的硫）。這是首次在二氧化硫體系中發(fā)現的非晶多形態(tài)。

研究人員利用金剛石對頂砧這一高壓裝置將二氧化硫加壓至60GPa，結合低溫手段，并利用拉曼光譜、同步輻射X射線衍射等技術，獲得了0-60GPa壓力區(qū)間77-300K溫度區(qū)間的相變以及結構信息。科研人員通過不同溫度路徑的實驗，發(fā)現在77-300K整個溫度區(qū)間二氧化硫都遵從晶體相—分子態(tài)非晶相—聚合物非晶相的相變路徑，而且該相變路徑可逆，進一步研究發(fā)現不同溫度路徑下的非晶化相變壓力有所不同，但保持在10-16GPa之間。

研究人員通過分子動力學模擬也驗證了該相變路徑，并且發(fā)現分子非晶相到聚合物非晶相的相變實質上是二氧化硫分子中的S原子從二配位變?yōu)槿湮唬瑥亩纬闪随湢畹木酆衔铩Ｑ芯咳藛T通過實驗和理論手段的完美結合，證實了二氧化硫體系中存在非晶多形態(tài)。

該成果不僅為非晶多形態(tài)現象提供了一個新的實例，并為理解其他材料的非晶態(tài)相變提供了參考。