【儀表網 研發快訊】在等靜壓力下沿著特定方向尺寸發生膨脹的現象稱為負壓縮。負壓縮這一反常的應力——應變響應特性是壓力調控結構獲得新奇物性（如超導、壓致熒光等）以及突破常規材料性能極限（如泊松比、壓電系數）的重要手段。從維度上分類，負壓縮可分為線（一維）、面（二維）和體（三維）。面負壓縮是負壓縮性的極限，具有最高的結構—性能調控維度。幅度和壓力區間決定了壓力調控的精度和壓力范圍，是面負壓縮性的兩大關鍵指標。在Lishitz機制主導的面負壓縮材料中，負壓縮性源自由剛性結構基元構成的二維褶皺結構中褶皺的展開，具有很寬的壓力范圍，在這一材料體系中不斷地提升面負壓縮幅度是研究焦點。

近日，中國科學院理化所研究員林哲帥、姜興興等，提出在二維范德華層狀晶體中通過壓力誘導電荷轉移達到增強晶格結構變化，進而提升面負壓縮幅度的策略，發現了迄今面負壓縮效應最強的材料PdSe₂晶體。該研究建立了壓力下電子-晶格結構演變之間的關聯，提出了全新的從電子結構角度調控設計面負壓縮材料的新方法。

研究表明，在二維范德華晶體中，由于相鄰層之間只存在范德華相互作用，壓力下層間隙的劇烈收縮會使得層間發生強烈的相互作用。當二維層以貴金屬Pd²⁺、Au¹⁺、Ag¹⁺、Cu²⁺等為中心離子的線狀或平面狀多面體為基本結構單元構成時，層間的陰陽離子之間會發生電荷轉移，使得層內鍵長鍵角發生劇烈變化，從而大幅度地增強面負壓縮性。在此“電荷轉移”策略的基礎上，該團隊在二維范德華晶體數據庫中進行了大規模的結構探索，結合同步輻射高壓衍射實驗，發現了具有高壓迄今為止負面壓縮幅度最大（-13.14GPa）、壓力范圍最寬（3.94GPa~11.37GPa）的PdSe₂晶體。高壓拉曼測試結合第一性原理計算表明，在PdSe₂晶體中，除了常規Lifshitz理論框架中的壓力誘導褶皺展開外，壓力下層內Pd-Se鍵反常的伸長對增強負面壓縮具有關鍵作用，而層內-層間電荷轉移導致的層內Pd-Se鍵鍵電荷的減少是壓力下化學鍵伸長這一反常結構變化的內在驅動力。

相關研究成果以Unexpected Giant Negative Area Compressibility in Palladium Diselenide為題，發表在《國家科學評論》（National Science Review）上。北京大學科研人員在高壓拉曼測試方面提供了幫助。

 
具有巨大負面壓縮性的PdSe₂晶體：（a）面負壓縮性；（b）與迄今所有面負壓縮材料的比較；（3）壓力下結構的變化；（d）壓力下的電荷轉移。