npj: 吉大王彦超教授发现—高压下新奇的Al-S化合物

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压力能够使物质的电荷重新排布，是产生新奇材料的有力工具。二元硫化物在高压下往往表现出许多有趣的结构和性质。例如，在常压下，H-S体系中唯一稳定的化合物是具有臭鸡蛋气味的硫化氢气体。理论结构预测发现H₃S、HS₂、H₂S₃等化合物在高压下也可以稳定存在，并且预测的新型氢化物H₃S在200GPa时的超导转变温度高达203K。最近理论研究工作还发现硫与第二主族元素1:1混合时，会产生奇特的周期调制结构，这对于这种简单的二元化合物是不寻常的。第I与第II主族硫化物在高压下产生耐人寻味的结构和性质，这促使作者进一步研究了S与III主族元素Al在高压下可能存在的化合物和性质。

来自中国吉林大学超硬材料国家重点实验室王彦超教授团队利用课题组自主研发的结构搜索软件CALYPSO结合第一性原理计算，预测了四种新的铝硫化合物AlS，Al₂S，Al₃S₄和AlS₂。其中Al₃S₄具有超导电性，在100 GPa时的超导转变温度为20.9K；前期Pickard和Needs理论计算发现Al只有在极高的压力下（5000 GPa）才能够形成电子化合物，该研究发现，Al₂S化合物在70GPa时即可稳定存在，其中Al的价电子局域在晶格的间隙区域，形成电子化合物，这表明S的引入显著的降低Al形成电子化合物所需的压力。该研究为实验进一步研究压力作用下Al-S体系的结构和性质提供了理论支撑。

该文近期发表于npj Computational Materials 6: 11 (2020)，英文标题与摘要如下，点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。

The Exotically Stoichiometric Compounds in Al-S System Under High Pressure 

Sen Shao, Wenji Zhu, Jian Lv, Yanchao Wang, Yue Chen& Yanming Ma

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Aluminum and sulfur, as abundant elements in earth, only form Al2S3 in nature at ambient pressure. It has been realized that the stoichiometry of compounds may change under high pressure, which is crucial in the discovery of novel materials. In this work, we systematically perform structure search for Al-S system under pressure. Four binary compounds of Al-S with exotic stoichiometries of AlS，Al₂S，Al₃S₄ and AlS₂ are found at high pressure and show exciting physical properties. Particularly, Al₃S₄becomes a superconductor with a predicted superconducting transition temperature Tc of 20.9 K at 100 GPa, while the pressure-induced Al₂S becomes an electride, where the valence electrons of aluminum strongly localize in the interstices, acting as anions, at a pressure of 70 GPa. The present work provides a viable direction for further experimental study of the properties of Al-S system.

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