近日，郑州大学物理学院与吉林大学国家超硬材料实验室等单位合作，利用高压技术，结合原位同步辐射X射线衍射、原位拉曼光谱、原位紫外-可见吸收光谱、四电极电学测量技术以及密度泛函理论计算等方法，对非铅双钙钛矿(NH₄)₂PtI₆的晶格、电子结构与物性的演变规律进行了系统而深入的研究。相关研究成果以“Pressure-Induced Metallization of Lead-Free Halide Double Perovskite (NH₄)₂PtI₆”为题发表在国际知名期刊《Advanced Science》上。论文第一作者为我院2022级博士研究生王家祥和王玲瑞副教授，通讯作者为我院郭海中教授、王飞副教授和吉林大学王凯教授。

材料的金属化因其可以极大地改变材料的输运性质，并能促进化学反应的进行等优点而备受关注。寻找在低压下发生金属化的材料是了解并解释此类现象潜在机制的重中之重。非铅卤化物双钙钛矿因其易制备、高稳定性和低毒性成为卤化铅钙钛矿的有效和绿色替代品。其中，非铅双钙钛矿A₂BX₆中的B-X键与传统卤化物钙钛矿ABX₃的相比更短且更强，这使得A₂BX₆具有更好的水氧稳定性。同时，较短且较强的B-X键极大地影响了A₂BX₆卤化物双钙钛矿的电子结构，导致电子云重叠增加，带隙变小。这些优势促使人们对非铅双钙钛矿A₂BX₆的结构-性质进行深入的研究。

压力是一种绿色、简便和有效的工具，可以在不引入化学杂质的情况下调整材料的结构和性质。利用金刚石对顶砧高压技术，精确调控了(NH₄)₂PtI₆的带隙结构，实现了将其带隙在极低压力下(0.12 GPa)降低到了Shockley-Queisser极限(1.34 eV)，显示出这类材料在光电器件中的巨大潜力。随着进一步加压，(NH₄)₂PtI₆在0.5 GPa和4.7 GPa发生立方相到四方相、四方相到单斜相的结构相变，两次相变过程分别与[PtI₆]^2-八面体的旋转和扭曲相关。更有趣的是，有序单斜相结构在14.2 GPa发生金属化，这是目前报导的卤化物钙钛矿材料中最低的金属化相变压力。通过对比固态碘的金属化过程，发现材料带隙的变小和金属化主要是由[PtI₆]^2-八面体中和八面体间的I-I键长度变化引起I的5p轨道重叠增加引起的，同时Pt的5d轨道对CBM的贡献也逐渐增加。这些发现为揭示晶体结构相变导致电子结构转变的压力诱导半导体-金属转变机理提供了依据，也表明高压技术是设计和获得卓越光电材料的有效工具。

该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委和中国博士后科学基金的支持。