通过光学探针实验感测局部化学压力

该研究由中山大学化学学院、海南大学理学院李满荣教授和北京科​​技大学固体化学研究所邢贤然教授领导。高压亚稳态材料的合成条件苛刻、产率低、减压后大多出现物相和现象，阻碍了其实际应用。将这些亚稳态捕获到环境压力是关键点，但仍然是一个挑战。化学压力是一种被动的原子间力，已被广泛采用来模拟物理压力的效果。一般来说，化学压力可以通过元素替代或外延应变来实现，以诱导在物理压力下观察到的细胞收缩。“我们在常压下成功截获了一些体掺杂的亚稳态磁体，并产生了5-9 GPa左右的等效压力。有趣的是，它们的物理性质通过原子尺度的局域结构调制得到了进一步增强。”李说。邢指出，“化学压力的优势在于，与正物理压力相比，它可以是正压力，也可以是负压力，为亚稳态探索留下了巨大的空间”。

李和兴以及他们的团队成员试图回答一个悬而未决的问题：化学压力能在多大程度上模拟物理压力的效果?尽管在大多数情况下化学压力可以模拟等效效果，但也存在例外。在铜酸盐超导体中，研究人员发现，晶胞体积(V)在物理和正化学压力下同样保持收缩，然而，临界温度(Tc)却相反地变化，主要由局部Cu-O距离演化的相反过程决定。。“显然，化学压力的传统估计(基于V)不足以截取所需的函数，我们必须找到一种方法来缩放传递到局部结构的化学压力，即局部化学压力，”李说。

固态物质的功能主要受原子尺度的结构图案控制，因此现场感知局部化学压力至关重要。局部化学压力的校准在技术上具有挑战性。Li、Xing 和同事创新性地提出了一种位点选择性光学探针方法来测量施加于多面体图案的化学压力。以RE VO 4 ( RE = Y, Gd)的RE O 8中的位点选择性Bi 3+作为光学探针，通过发射峰位移将物理压力和局部化学压力联系起来，反映RE O 8所经历的压力多面体。“由于光发射主要由多面体(晶场)演化决定，因此它可以直观地评估局部化学压力，并将其与物理压力联系起来，”李说。

“局部化学压力的实验校准使得对亚稳相进行功能导向的化学稳定成为可能。我们之前基于细胞体积或晶格操纵的尝试可以模拟物理压力的几何效应(体积收缩)，但不能总是保证捕获相似的物理性质，因为化学压力传递在非常局部结构尺度上可能是高度各向异性的。这就是说，对于给定的化合物，压力引起的局部结构的演化主导了固体中的功能。这些发现未来将以更精确的方式指导我们的研究。”Xing 说。

多面体尺度局部化学压力的光学探针校准开发了一种进一步了解化学压力本质的方法。理论上，如果有适当的“探针”来追踪相应“指标”在物理和化学压力下的演化，那么对化学键、原子甚至电子等超精细局域结构所施加的化学压力也可以被感知。拉曼光谱、原子力信号、带隙等。希望有一天，高压下的室温超导能够在未来通过化学方法实现。这是固态化学家的关键任务之一。