南开新闻网讯（通讯员 程丹）近日，南开大学董校教授课题组与北京高压科学研究中心、中国科学院化学研究所、燕山大学、上海前瞻物质科学研究院等单位合作，利用快速压缩技术，合成了一种具有全链结构的非晶硫（Am-S_P）。相关成果以“快速压缩制备全链结构硫玻璃（Sulfur chains glass formed by fast compression）”为题发表在国际知名期刊《自然-通讯》（Nature Communications）上，南开大学董校教授为文章的共同第一作者。

　　非晶态物质由于其特殊的结构与性能受到了广泛关注。熔体急冷法是制备非晶最常见的方法，将液态的无序结构迅速“冻结”以生成反映母液组成的非晶态产物。快速压缩跨越液-固相线可作为一种全新方法来实现液体的玻璃化，在非晶及亚稳态材料研究制备方面具有重要意义。

　　硫因其黄色外观和特殊气味而广为人知，其在高压研究中也一直占据重要地位。早期的实验研究基于大体积压机设备，后来转为使用金刚石对顶砧技术为主。硫的独特高压行为吸引了广泛的科学兴趣，其相图复杂程度在所有元素中名列前茅，涵盖了多种物理现象。这种复杂性源于硫原子倾向于形成不同大小和构型的分子或聚合链。在常温及近常温条件下，硫展现出极为丰富的分子多样性，包括多种环状闭合分子(Sn, n=6-20)、它们的混合物以及不同形式的开端螺旋状单链，同素异形体和多晶型数量远超其他元素。这种分子多样性为硫丰富的相图提供了重要支撑，其状态可以在压力和温度的作用下，从绝缘的分子环和链转变为半导体的低密度和高密度无定形态，甚至是非公度结构超导金属相。

图为通过快速压缩有效地打开液体硫的S₈环分子并形成全链结构非晶硫

　　研究团队利用快速压缩技术，合成了一种具有全链结构的非晶硫(Am-S_P)。与熔体急冷法制备非晶会保留液态硫的分子结构特征不同，快速压缩可以打开S₈分子的环状结构，强制发生环-链转化，生成由聚合链组成的玻璃态硫。这种方法能通过调整分子结构，或短程至中程有序性来生成非晶产物，展现出与传统温度急冷过程的显著差异，是用于合成潜在的亚稳态功能材料的一种有效的新方式，为制备潜在的功能性材料提供了一种高效途径。

　　本论文的第一作者为史开元、南开大学董校教授和燕山大学赵智胜教授，通讯作者为化学所杨国强研究员、北京高压科学研究中心的苏磊研究员、毛河光院士以及上海前瞻物质科学研究院的Eugene Gregoryanz研究员。

　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-55028-w

编辑：高雨桐