Nature 旗下的综合性科学期刊“Scientific Reports”发表了北京大学地球与空间科学学院的一项科研成果“Pressure-induced structural and spin transitions of Fe3S4”

近日，Nature 旗下的综合性科学期刊“Scientific Reports”发表了北京大学地球与空间科学学院的一项科研成果“Pressure-induced structural and spin transitions of Fe3S4”，文章第一作者是本院在读研究生黄圣轩同学，参加此项研究的还有博士生康端、牛菁菁以及巫翔研究员和秦善教授。

该项研究采用第一性原理理论计算方法研究高压下Fe3S4的结构及性质。研究发现，在3.4 GPa，Fe3S4由反尖晶石结构转变为Cr3S4型结构(CS)，导致9.7%的体积坍塌，并伴随Fe3+配位数的增加。电子态密度和电荷密度计算表明该结构相变也导致了Fe3S4由半金属性转变为金属性以及Fe的重排。在8.5 GPa和17 GPa，Fe2+和Fe3+分别发生了高自旋(HS)到低自旋(LS)转变，并没有发现中间自旋态(IS)。此外，该计算也得到了Fe3S4在高压下不同物相的状态方程。

众所周知，尖晶石结构(SP)化合物(MgAl2O4、FeCr2O4、Fe3O4…)在地球内部广泛存在，其在地球内部的结构变化及理化性质影响着地球深部的物理、化学及动力学过程。然而，高压下尖晶石化合物的结构及性质还存在诸多争论，尤其是高压下含铁尖晶石中铁的变化更是扑朔迷离。因此，该项研究不仅深入探讨了高压下Fe3S4的结构变化及其磁学、电学、弹性性质，也为了解地球深部的物质组成和性质提供了重要的依据。

该项研究成果于4月12日在线发表，文章链接：https://www.nature.com/articles/srep46334。

图1 不同Fe3S4相的相对焓关系、晶胞体积、净磁矩、亚晶格铁磁矩随压力的关系图