大皖新闻讯 6月18日，大皖新闻记者从中国科学院合肥物质科学研究院获悉，该院固体所计算物理与量子材料研究部极端环境量子物质中心与国内外多家单位合作，在氮分子高压相γ-N₂的结构解析与光学性质研究方面取得重要进展。
氮（N₂）是自然界中最丰富的双原子分子之一，其分子间由极强的氮氮三键键合，具有独特的电子构型以及超高键能，是极端条件下分子行为和物性研究的理想模型体系。高压环境可驱动氮气发生相变，形成多种高能量密度聚合相，在航天等前沿领域具有重要的应用潜力。
元股证券:ygzq.hk科研人员介绍，高压氮气的相图十分复杂、相变机制多样，其高压相结构、相变规律与合成路径的解析，是极端凝聚态物理领域的重要研究课题。γ-N₂相作为分子氮的关键相，占据了分子氮高压低温相图中大部分的压力-温度空间，在氮相图的构建中起着关键作用。长期以来对其认知存在局限，传统观点认为其仅稳定存在于极低温度和压力的狭小区间，其精确晶体结构、光学特性及与其他高压相的关联也尚未得到明确解析，成为制约氮高压相图完整构建与极端条件分子行为认知的关键问题。
γ-N₂的结构示意图
针对氮高压相图的科学难题，团队已开展长期系统性研究并积累了扎实的技术和理论基础。2022年，针对氮相图的压缩速率依赖特性，团队研发了介于动高压和静高压之间的动态金刚石对顶砧技术（dDAC），系统对比了步进电机驱动、气体膜驱动和压电驱动三种动态金刚石对顶砧装置的压缩速率和性能，成功实现从室温到10 K宽温区、最高7 TPa/s的精确可控动态压缩，为研究压缩速率依赖的相变动力学提供了关键技术支撑。依托此关键技术，2024年团队发现，通过调控压缩速率和压力-温度路径可实现氮气相形成行为的"切换"，证实γ-N₂可经快速压缩在高达100K的温度下合成，并占据了高压低温相图中大部分的压力-温度空间，提出γ-N₂可能是分子氮中最主要的稳定相。
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基于上述技术突破与研究基础，研究团队利用同步辐射X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱技术，结合密度泛函理论计算，在宽压力-温度范围内对γ-N₂的结构与光学性质开展了系统研究。研究通过同步辐射红外光谱，首次观测到了γ-N₂高压低温下的远红外光谱，为其结构解析提供了关键证据。研究同时发现，γ-N₂与θ-N₂在结构上高度相关，两者具有极为相似的拉曼光谱特征。上述研究结果为理解氮气在极端条件下的分子相变行为提供了重要实验依据。
大皖新闻记者 魏鑫鑫济南股票配资
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