中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心坐落于安徽省合肥市风景秀丽的科学岛，2008年4月30日经中国科学院批准成立，依托中国科学院合肥物质科学研究院管理（科发人教字〔2008〕133号），其前身是2005年12月20日成立的“合肥强磁场科学技术研究中心”。中心目标：发展... 更多简介 +
稳态强磁场实验装置（Steady High Magnetic Field Facility，简称SHMFF）是国家发改委支持的“十一五”国家重大科技基础设施。SHMFF法人单位是中国科学院合肥物质科学研究院，共建单位是中国科学技术大学。各项任务以中国科学院强磁场科学中心为依托... 更多简介 +
最近，中科院合肥研究院强磁场科学中心的高压研究团队与郑州大学的李新建教授合作，利用高压研究手段在三元黄铜矿光伏半导体光学、电学性质的调控研究中取得重要进展，相关研究成果以“Pressure-engineered optical properties and emergent superconductivity in chalcopyrite semiconductor ZnSiP2”为题，发表在Springer Nature出版集团的期刊NPG Asia Materials上，该研究部分实验结果在稳态强磁场实验装置超高压物性测试系统上测量完成。
黄铜矿半导体II-IV-V2作为闪锌矿材料III-V的等电子类似物，在非线性光学、光电子学、光伏学等领域具有广阔的应用前景。最近，黄铜矿半导体ZnSiP2（带隙Eg~2.01eV）受到了人们的广泛关注：一方面，由于它具有光吸收系数小、光响应快、开路电压高等优点，而且与传统半导体硅的晶格失配小、折射率匹配度好，元素组成价廉、丰富、无毒，所以它在串联叠层太阳能电池应用方面极具潜力。另一方面，相关的研究表明在阳离子子晶格中引入无序后，ZnSiP2还可以作为下一代锂离子电池的高性能阳极候选材料。
近年来，压力作为一种洁净的维度，直接作用于晶格自由度，在光伏、光电材料的研究方面揭示了许多新现象和新效应，包括光致发光发射增强、载流子寿命延长、带隙优化、超导电性等。研究团队通过结合高压下的同步辐射X射线衍射、拉曼光谱、光致发光光谱、电输运测量等实验手段，对ZnSiP2样品高压下的晶体结构、光学和电学性质进行了详细的研究。相关的实验结果表明：（1）由于阳离子子晶格中产生了大量的阳离子无序，光致发光光谱的峰值能量在1.4-8.7GPa之间呈现一个平台，并伴随有压致变色现象。（2）随着压力的进一步增大，体系结构从四方相逐渐转变成高压立方岩盐相；体系发生结构相变时，立即出现超导电性，临界温度Tc高达8.2K。（3）有趣的是，Tc在24.6-37.1 GPa的压力范围内降低，但在更高的压力（结构相变完全）下却相反地增加，因此体系表现出了不寻常的“V型”超导相图。我们的这些发现直观地呈现了ZnSiP2中的结构-性质关系，这不仅为优化其光学和电学性质提供了重要线索，而且为利用压力在不同功能属性之间进行转换提供了新的途径。
强磁场科学中心高压研究团队博士生袁亦方为文章的第一作者，周永惠副研究员、杨昭荣研究员和李新建教授（郑州大学）为文章的共同通讯作者。研究中高质量的单晶样品由强磁场科学中心朱相德研究员提供。
该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。
文章链接：https://doi.org/10.1038/s41427-021-00285-0
图1.ZnSiP2高压下的相图
© 1996 - 强磁场科学中心 版权所有 皖ICP备05001008号-11
地址：安徽省合肥市蜀山湖路350号 邮编：230031 电话：0551-65591149 传真：0551-65591149 邮箱：chmfl@hmfl.ac.cn
表格下载