关于层状结构聚合氮存在性的探讨

在高温高压的极端条件下,分子晶体氮会打破传统三键机制向单键聚合态转变。氮在高压下的独特解离机制使聚合氮的研究意义超越了含能材料范畴,在基础物理学领域亦有深刻的科学意义。继立方偏转聚合氮cg-N（空间群I2₁3）之后,第2个在实验上被发现的层状结构聚合氮LP-N（空间群Pba2）一直存在争议。主要的问题在于,LP-N的结构除了没有被高压X射线衍射实验验证之外,还与随后被发现的黑磷结构聚合氮BP-N（空间群Cmca）具有相近的合成温压条件和合成路径以及几乎相同的拉曼光谱特征。
LP-N的合成很可能具有独特的相变动力学势垒。为此,选择独辟蹊径,从低温固态分子氮λ-N₂出发,利用双面激光加热金刚石压砧技术,结合高压同步辐射X射线衍射和高压拉曼光谱分析方法,在约140 GPa、2600 K的条件下观察到了具有Pba2结构的聚合氮LP-N。结合第一性原理计算,分析了它的原子体积随压力的变化关系（p-V曲线）,并探讨了LP-N高温高压合成动力学因素。研究结果不仅使我们更全面地认识LP-N,还进一步揭示了聚合氮的高压路径依赖特性。