記者從中科院合肥物質科學研究院獲悉，該院固體物理研究所極端環境量子物質中心團隊，利用金剛石對頂砧加壓裝置研究了高壓下二氧化硫的物性，首次在二氧化硫中發現了壓力誘導的可逆非晶多形態相變，相關研究成果日前發表在《美國科學院院刊》上。

在凝聚態物理中，非晶多形態現象十分有趣，但是發現此現象的體系還較少，研究尚不系統深入。二氧化硫是一種簡單的分子氣體，在工業生產、地球物理和大氣環境中都起著重要的作用。與氮氣、氧氣和二氧化碳等常見氣體不同，二氧化硫是彎曲的極性分子，在高壓下會呈現出不同的性質和相圖。

科研人員發現壓力會誘導二氧化硫非晶化，并且存在兩種高壓非晶相：分子非晶相（二配位的硫）和聚合物非晶相（三配位的硫）。這是首次在二氧化硫體系中發現的非晶多形態。

研究人員利用金剛石對頂砧這一高壓裝置將二氧化硫加壓至60GPa，結合低溫手段，并利用拉曼光譜、同步輻射X射線衍射等技術，獲得了0-60GPa壓力區間77-300K溫度區間的相變以及結構信息。科研人員通過不同溫度路徑的實驗，發現在77-300K整個溫度區間二氧化硫都遵從晶體相—分子態非晶相—聚合物非晶相的相變路徑，而且該相變路徑可逆，進一步研究發現不同溫度路徑下的非晶化相變壓力有所不同，但保持在10-16GPa之間。

研究人員通過分子動力學模擬也驗證了該相變路徑，并且發現分子非晶相到聚合物非晶相的相變實質上是二氧化硫分子中的S原子從二配位變為三配位，從而形成了鏈狀的聚合物。研究人員通過實驗和理論手段的完美結合，證實了二氧化硫體系中存在非晶多形態。

該成果不僅為非晶多形態現象提供了一個新的實例，并為理解其他材料的非晶態相變提供了參考。