压力可诱导氮化二钙从金属转变为半导体

本报讯（记者闫洁）北京高压科学研究中心研究员缑慧阳团队和日本东京工业大学合作，在二维电子化合物——氮化二钙中发现了压力诱导金属向半导体转变的现象，从而为合成新的电子化合物提供了思路。相关结果日前发表于《先进科学》。

电子化合物是一类特殊的离子化合物，其中阴离子是过剩的价电子。松散结合的电子阴离子不依附任何原子和基团。此类化合物特殊的电子行为，使电子化合物在催化、电池和电子领域有着较大的潜在应用前景。

研究人员发现，高压下的氮化二钙会出现3种新的晶体结构，并且晶体结构的转变同时伴随着氮原子配位数的增加。测量表明，常压下金属态的氮化二钙随着压力增加，其电阻缓慢增加，并且在10~20 GPa（1GPa=109帕）之间急剧增加。在约20 GPa时，电阻上升到300欧姆。这意味着压力诱导氮化二钙实现了从金属到半导体的转变。

该团队还对不同结构的氮化二钙电子局域状态进行了理论计算。研究表明，随着压力增加，高压相结构中电子阴离子的分布由二维转变为一维。随着压力的进一步增加，阴离子电子被完全分离开，并且局域在零维的笼子里。正是这种高压下阴离子局域化的重新分布，导致了半导体特性的出现。