科学家在高压下合成四六主族新型高配位数化合物Pb3Te2

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近几年来的理论研究和实验表明，高压可以改变元素的化学配比，从而形成经典化学中不可能的化合物。北京高压科学研究中心的李阔研究员与香港大学陈粤教授小组合作，预测并合成了四六主族新型化合物Pb₃Te₂，该化合物具有金属特性，并且在低温下会转变为超导体。此新化合物的合成意味着第四-第六主族可能还有其他潜在的新型化合物以待发现。相关研究结果发表于ACS Central Science。

压力作为一个新的维度，通过改变原子间距、电荷分布，从而改变物质的结构，形成具有新性质的高压相。例如，高压下金属可以转变为绝缘体，半导体转变为金属，金属转变为超导体，晶体可能转变为非晶等。近几年来的理论研究和实验表明，高压还可以改变元素的化学配比，一些在常压条件下不可能存在的化合物，在高压下能被合成并稳定存在，不断颠覆我们对原有化学知识的认知。比如2017年科学家们发现了化学惰性元素氦可以在高压下形成Na₂He。在Na-Cl体系中除了人们熟知的调味品NaCl外，在高压下还可形成Na₃Cl, NaCl₃, NaCl₇等。

PbTe是IV-VI主族半导体化合物中的典型代表。因其在光电，热电，存储转换方面的优异性能而受到人们的广泛关注。常压下，Pb-Te体系中只有PbTe一种化合物。那么，在该二元体系中是否存在与Na-Cl体系类似的、其它化学配比的新型化合物呢？

该研究团队首先通过理论预测, 意外地发现此二元体系中另一新的化合物—Pb₃Te₂能在20万大气压的条件下稳定存在，且可以稳定保持到40万大气压的压力条件。

“20-40 万大气压的条件，是一个比较宽的稳定压力范围，这意味着我们很有可能使用高压实验的方法合成此化合物，”李阔研究员说到。

因此在理论预测的启发下，李阔等研究人员借助金刚石压砧及激光加热技术，在大约20万大气压，1015摄氏度的极端条件下，借助X射线衍射手段观测到了新化合物Pb₃Te₂的存在。“第四-第六主族常见的是1:1或1:2低配比类型化合物，Pb₃Te₂化合物代表了第四—第六主族少有高配位数的化合物的发现，”李阔研究员说到。

“Pb₃Te₂的成功合成可以帮助人们探索第四—第六主族元素更多潜在的新型化合物，”李阔研究员补充到。“相对大的稳定压力范围是此次成功合成Pb₃Te₂的关键。”

另外，研究小组计算了Pb₃Te₂的电子结构后发现，相对于半导体PbTe，Pb₃Te₂表现出金属的性质，并且在低温下可以转变为超导体。

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