首次发现高压下二氧化硫的非晶多形态相变

记者从中科院合肥物质科学研究院获悉，该院固体物理研究所极端环境量子物质中心团队，利用金刚石对顶砧加压装置研究了高压下二氧化硫的物性，首次在二氧化硫中发现了压力诱导的可逆非晶多形态相变，相关研究成果日前发表在《美国科学院院刊》上。

在凝聚态物理中，非晶多形态现象十分有趣，但是发现此现象的体系还较少，研究尚不系统深入。二氧化硫是一种简单的分子气体，在工业生产、地球物理和大气环境中都起着重要的作用。与氮气、氧气和二氧化碳等常见气体不同，二氧化硫是弯曲的极性分子，在高压下会呈现出不同的性质和相图。

科研人员发现压力会诱导二氧化硫非晶化，并且存在两种高压非晶相：分子非晶相（二配位的硫）和聚合物非晶相（三配位的硫）。这是首次在二氧化硫体系中发现的非晶多形态。

研究人员利用金刚石对顶砧这一高压装置将二氧化硫加压至60GPa，结合低温手段，并利用拉曼光谱、同步辐射X射线衍射等技术，获得了0-60GPa压力区间77-300K温度区间的相变以及结构信息。科研人员通过不同温度路径的实验，发现在77-300K整个温度区间二氧化硫都遵从晶体相—分子态非晶相—聚合物非晶相的相变路径，而且该相变路径可逆，进一步研究发现不同温度路径下的非晶化相变压力有所不同，但保持在10-16GPa之间。

研究人员通过分子动力学模拟也验证了该相变路径，并且发现分子非晶相到聚合物非晶相的相变实质上是二氧化硫分子中的S原子从二配位变为三配位，从而形成了链状的聚合物。研究人员通过实验和理论手段的完美结合，证实了二氧化硫体系中存在非晶多形态。

该成果不仅为非晶多形态现象提供了一个新的实例，并为理解其他材料的非晶态相变提供了参考。