【摘 要】
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金属硫化物是物理学、材料学及电子学等多门学科的经典研究体系,将高压引入金属硫化物体系中有望获得新奇的结构和性质。在大量存在的金属硫化物中,我们分别选取两类金属硫化物作为主要研究对象:分别是主族金属和过渡金属元素构成的硫化物。第一类是第五主族硫族化物A2B3（A=Bi,Sb,As;B=S,Se,Te）型金属硫化物,这类硫化物由于具有优异的热电特性以及技术上的应用价值因此吸引了众多科研工作者的目光。前
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金属硫化物是物理学、材料学及电子学等多门学科的经典研究体系,将高压引入金属硫化物体系中有望获得新奇的结构和性质。在大量存在的金属硫化物中,我们分别选取两类金属硫化物作为主要研究对象:分别是主族金属和过渡金属元素构成的硫化物。第一类是第五主族硫族化物A2B3（A=Bi,Sb,As;B=S,Se,Te）型金属硫化物,这类硫化物由于具有优异的热电特性以及技术上的应用价值因此吸引了众多科研工作者的目光。前期对这类硫化物的高压研究显示,在较低压力范围内经历了多次结构相变,并且呈现了压致超导电性甚至拓扑超导电性,因此高压下进一步对典型的第五主族硫化物进行系统且深入的研究有望获得新的现象和规律。第二类是过渡金属硫族化物,表示为MX2（M包括Mo,W,V等,X包括S,Se,Te）,这类物质由于具有多种有趣的晶体结构使它们的物理性质十分丰富。例如,巨磁阻效应,低温下的电荷密度波现象,超导特性,拓扑性质等。该类型层状硫化物这些有趣的性质使它在纳米电子器件等领域具有比较大的应用前景。通过高压手段调控过渡金属硫族化合物的结构和性质,将获得优异性能的新相,为新材料的制备提供新的途径。本论文选取了第五主族硫化物中典型的半导体Sb2S3和第六副族层状过渡金属硫化物2M-WS2两种物质进行了系统的高压研究。通过高压X射线衍射技术、低温电学测量技术结合第一性原理计算,在Sb2S3中观测到了压制分解及超导现象;在2M-WS2中探测到了压致结构相变及二次超导现象。对这两种典型的硫化物的高压性质研究,丰富了硫族化合物的晶体结构及超导相。具体得到了以下创新性结论:（1）通过高压XRD实验测试结合理论计算的结构预测方法探索了Sb2S3在高压下的结构稳定性。观测到了Sb2S3的压致分解现象,得到两种新化学计量比的分解产物:Pm（?）m-SbS和P21-SbS2。与前驱物半导体Sb2S3不同,Pm（?）m-SbS和P21-SbS2均呈金属性。通过低温电阻测量发现新相Pm（?）m-SbS具有超导电性,其超导转变温度Tc随压力呈线性增加的趋势,由42 GPa时的3.4 K增加到75 GPa时6.6 K。我们的工作丰富了Sb-S体系中化合物的配比,且提供了寻找新的超导体的途径。（2）针对新合成的层状材料2M-WS2进行了原位高压XRD实验测试,发现2M-WS2在14.7-40.7 GPa压力范围内向3R-WS2相转变,伴随着层间距的大幅度减小和5.1%的体积塌缩。由原位高压低温电阻实验结果发现,初始相2M-WS2的Tc随压力的升高逐渐降低,加压至17.6 GPa后超导电性消失。相变之后,新相3R-WS2呈现半导体性质,在48.8 GPa发生了压致金属化和超导转变,Tc约为2.5 K。结合理论计算结果分析,发现2M-WS2超导转变温度的降低及3R-WS2超导的出现主要归因于费米面处态密度N（Ef）随压力的变化。本工作首次报道了2M-WS2和第六副族过渡金属硫化物中关于3R相的高压研究及3R-WS2超导转变的出现。
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