四川大学雷力团队：固态氮的低温高压拉曼光谱研究

       氮作为自然界中最丰富的元素之一，在高压下展现丰富的相行为，一直以来是高压物理和高压化学的研究热点。然而，在氮的压力-温度（P-T）相图中，尤其是在较高压力（60–180 GPa）和低温（<300 K）的区域，长期以来仍是研究的“盲区”。该P-T空间缺乏实验数据，导致高压相边界模糊、克拉珀龙斜率（反映相变热力学性质）未知。通常，实验上采用两种不同的热力学路径（等温压缩和等压变温）来确定的相边界。等温压缩路径适用于研究压力敏感的相变，而等压变温路径在确定斜率较大的相界时误差较大。

       研究团队采用一种具有完全自主知识产权（已授权发明专利：ZL202310471352.4和实用新型专利：ZL 202320995223.0）的低温高压原位光谱测量系统（图1），通过九条等温或等压实验路径的40次独立拉曼光谱实验，系统地研究了固态氮的低温高压未探索区域（T<300 K和60 GPa<P<180 GPa）的相行为和振动特性。当氮被压缩至130 GPa以上且温度低于150 K时，首次观察到一种此前未被报道的氮新相——μ-N₂。该相表现出明显的拉曼振子涨落特征（图2），初步分析认为其源于激子-振子耦合或电子-振子耦合等复杂量子行为，提示其可能具有独特的电子或光学性质。

        研究团队依托自主设计的等温压缩拉曼光谱系统，成功确定了此前缺失的三条关键相边界：ζ-κ、κ-μ、μ-η，这进一步完善了氮的低温高压相图（图3）。同时，研究还发现氮的离解行为会导致相图中克拉珀龙斜率发生显著变化，这一发现对高压相平衡理解具有重要意义。

        感谢国家自然科学基金NSFC（Grant Nos. 12374013、U2030107)）和四川大学青苗计划（Grant No. 2020SCUNL107）对本工作的支持。