在高压和高温条件下调节TaS2多晶型的相变

《Journal of Materials Chemistry C》：Tuning the phase transition of TaS2 polymorphs under high pressure and high temperature conditions

本研究系统探讨高压高温下TaS?多型相（2H、4Hb、6R、1T）的相变行为，构建了0-6 GPa及800-2000 K范围内的相图。发现高压 destabilizes T层而高温促进其稳定，理论计算表明S孤对电子与Ta间隙电子的相互作用是关键驱动因素，并揭示S–Ta–S键角偏离度可作为判断相优选的可靠指标，该机制扩展至其他过渡金属二硫属化物。

　　

二硫化钽（TaS?）的多态性转变在物理性质上表现出丰富的可调性，包括调控的电荷密度波（CDW）序和超导性（SC），这对于开发新型功能性器件至关重要。尽管通过碱金属插层和应变工程已经对TaS?的相工程进行了探索，但实现对其多型体之间转变的精确控制仍然非常具有吸引力，而对其引发这些结构转变的物理机制的深入研究仍然有限。在这里，我们系统地研究了在高压高温（HPHT）条件下TaS?多型体（2H、4Hb、6R和1T相）的相变行为。我们构建了TaS?在0–6 GPa压力范围和800–2000 K温度范围内的详细相图。我们的研究发现，高压有效地破坏了TaS?的T层结构，而高温则产生了相反的效果。理论计算表明，平面Ta-Ta原子之间的相互作用强度在HPHT条件下发生了变化，这是驱动T向H转变的关键因素。具体来说，S原子的孤对电子与Ta原子的间隙电子之间的静电排斥力的变化有效地改变了T层和H层中S–Ta–S键角，导致它们偏离了理想的几何构型。我们的结果表明，S–Ta–S键角的偏离程度是一个可靠的指标，可以用来判断1T相和2H相之间的竞争结果。此外，这一原理也适用于其他具有不同d电子数的过渡金属硫属化合物（TMDs），我们根据过渡金属原子之间的相互作用为它们建立了优选相的“火山曲线”。我们的工作不仅为调控TaS?的相偏好提供了一种新方法，还阐明了调节TMDs相变的一般机制。