最近，中科院合肥研究院強磁場中心的高壓研究團隊與鄭州大學的李新建教授合作，利用高壓研究手段在三元黃銅礦光伏半導體光學、電學性質的調控研究中取得重要進展，相關研究成果以“Pressure-engineered optical properties and emergent superconductivity in chalcopyrite semiconductor ZnSiP₂”為題，發表在Springer Nature出版集團的期刊NPG Asia Materials上，該研究部分實驗結果在穩態強磁場實驗裝置超高壓物性測試系統上測量完成。  

　　黃銅礦半導體II-IV-V2作為閃鋅礦材料III-V的等電子類似物，在非線性光學、光電子學、光伏學等領域具有廣闊的應用前景。最近，黃銅礦半導體ZnSiP2（帶隙Eg~2.01eV）受到了人們的廣泛關注：一方面，由于它具有光吸收系數小、光響應快、開路電壓高等優點，而且與傳統半導體硅的晶格失配小、折射率匹配度好，元素組成價廉、豐富、無毒，所以它在串聯疊層太陽能電池應用方面極具潛力。另一方面，相關的研究表明在陽離子子晶格中引入無序后，ZnSiP₂還可以作為下一代鋰離子電池的高性能陽極候選材料。  

　　近年來，壓力作為一種潔凈的維度，直接作用于晶格自由度，在光伏、光電材料的研究方面揭示了許多新現象和新效應，包括光致發光發射增強、載流子壽命延長、帶隙優化、超導電性等。研究團隊通過結合高壓下的同步輻射X射線衍射、拉曼光譜、光致發光光譜、電輸運測量等實驗手段，對ZnSiP₂樣品高壓下的晶體結構、光學和電學性質進行了詳細的研究。相關的實驗結果表明：（1）由于陽離子子晶格中產生了大量的陽離子無序，光致發光光譜的峰值能量在1.4-8.7 GPa之間呈現一個平臺，并伴隨有壓致變色現象。（2）隨著壓力的進一步增大，體系結構從四方相逐漸轉變成高壓立方巖鹽相；體系發生結構相變時，立即出現超導電性，臨界溫度Tc高達8.2K。（3）有趣的是，Tc在24.6-37.1 GPa的壓力范圍內降低，但在更高的壓力（結構相變完全）下卻相反地增加，因此體系表現出了不尋常的“V型”超導相圖。這些發現直觀地呈現了ZnSiP2中的結構-性質關系，這不僅為優化其光學和電學性質提供了重要線索，而且為利用壓力在不同功能屬性之間進行轉換提供了新的途徑。  

　　強磁場中心高壓研究團隊博士生袁亦方為文章的第一作者，周永惠副研究員、楊昭榮研究員和李新建教授（鄭州大學）為文章的共同通訊作者。研究中高質量的單晶樣品由強磁場中心朱相德研究員提供。  

　　該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會等項目的資助。  

　　文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41427-021-00285-0  

　　ZnSiP₂高壓下的相圖