摘要
金属硫属化合物的能带结构工程让人们能够探索出有关凝聚态物质异乎寻常的现象并且开发出许多潜在的应用。例如，从间接带隙到直接带隙的能带改变对电子及光电子提供了可利用的价值。二硫化锡(Tin disulfide，SnS2)是一种新兴的半导体金属二硫化物，由于其分层结构产生的独特性质而备受关注。SnS2作为一种多功能材料，广泛应用于热电、光催化、气体传感等领域，具有极大的潜在应用价值，尤其是相对较高的载流子迁移率和极大的激子效应特性已成为研究热点。与其他方法相比，高压是诱导其晶体结构和电子结构发生剧烈变化的有效方法。本文以纳米级SnS2粉末为研究对象，利用金刚石对顶砧高压力装置(DAC)，对SnS2样品进行了高压下原位电阻率和交流阻抗谱的测量，并对样品进开展了加压前后的SEM形貌表征。同时，结合第一性原理方法，计算了不同压力下SnS2样品的能带结构及态密度，确定了SnS2样品在高压下电学输运性质存在的异常行为和压力效应，并且实验和计算结果都表明，能带结构在有限压力的调节下并没有带来从半导体到金属的转变。研究成果如下: (1)对SnS2样品进行0-25.0GPa范围内电阻率的测量，得到了压致电阻率变化规律:在整个压力范围内电阻率整体下降了3个数量级，电阻率最低值达到25.964Ω·cm，其中0至4.4Gpa范围内，随着压力增加样品粉末逐渐紧密，原子间距离不断缩小，样品电阻率逐渐下降，在4.4GPa到11.2GPa范围内由于层间压缩机制导致层间相互作用增强，电阻率上升了一个数量级显示出异常反转，随后随着压力的继续增加逐渐下降，直至25.0GPa。 (2)对SnS2样品进行高压交流阻抗谱的测量，得到16.4GPa以内阻抗谱及总电阻的变化规律:在4.4GPa范围内电阻逐渐减小，Nyquist图谱由两部分组成，分别是高频区域的半圆弧以及低频区域的曲线，意味着电荷载流子在晶粒内部的传导过程，以及空间电荷在晶粒边界处耗散的现象。之后阻抗平面只存在一个半圆弧即晶粒传导作用，并且在4.4GPa至11.2GPa范围内电阻逐渐增大，在11.2GPa至16.4GPa区间，电阻逐渐减小，与本文所测得的电阻率变化规律一致。利用等效电路对所测得的阻抗图谱进行模拟，得出总电阻的变化规律:总电阻在4.4GPa之前随压力的增加逐渐减小，在4.4GPa-11.2GPa区间内随压力的增加呈上升趋势显示异常反转，在11.2GPa-16.4GPa区间随压力的增加呈现下降趋势。 (3)利用第一性原理对SnS2开展20.0GPa以内的能带和态密度计算。本文采用的是杂化泛函(HSE)方法替代局域密度近似(LDA)避免带隙计算偏低，进而获得更加精准的计算结果:在压力作用下，SnS2的带隙逐渐减小，在0GPa时为3.081eV，在20.0GPa时，能隙减小为1.517eV。
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