2022年3月，我所张友君研究员课题组在凝聚态物理领域著名期刊Phys. Rev. B（105, 094105, 2022; 105, 104110, 2022）上相继发表了题为 “Kohn anomaly and elastic softening in body-centered cubic molybdenum at high pressure” 和 “Sound velocity softening in body-centered cubic niobium under shock compression” 的两篇研究论文，揭示了体心立方过渡金属Mo和Nb等在高压下的电子转变与拓扑结构相变以及其对物理力学行为的影响。

体心立方结构（bcc）的过渡金属，比如V，Nb，Ta，Cr，Mo和W等，具有高熔点、高延展性和优异的力学性能等，在工业和国防中的一些极端环境下有着广泛的应用。虽然这些金属具有最简单的原子结构，然而在高温高压极端条件下会表现出复杂和奇异的物理力学行为。课题组利用四川大学先进的二级轻气炮和金刚石压腔等动、静高压设备，结合同步辐射X射线非弹性散射和光电测试，通过实验和理论研究了bcc-Mo和bcc-Nb在高压下的声子振动、声速以及弹性模量等物理力学行为。研究发现在Mo中，高压会增强其电子费米面嵌套效应，导致Mo的[100]声学支出现了新的Kohn异常；同时，高压会引起Mo的s到d电子的重新分配，导致其剪切模量在约50 GPa处发生软化（如图）。进一步研究发现Nb和Mo分别在约60 GPa和200 GPa的高压下均会发生了电子拓扑结构相变（ETT）。该变化属于二阶相变，引起了这些金属的宏观力学行为的变化，比如纵波和横波波速的软化（如图）。

该研究是继课题组对bcc-Ta和bcc-V的高压物理力学行为研究（PRB, 100, 075145, 2019; PRB, 102, 214104, 2020）的又一重要进展。该系列研究结果表明很多过渡金属在受到压力时均会发生电子结构变化，超过了传统上对高压相变的认知。因此，过渡金属在高压下的电子结构拓扑变化等二阶相变与原子结构一阶相变一样具有普遍性，并且对其宏观物理力学性质会产生非常重要的影响。因此，在基础物理研究和新材料研发上，电子结构变化引起的物质改性不可忽略。

图. Mo在高压下的声子谱软化异常（a和b）以及Nb在高压下的纵波和横波声速软化和电子拓扑结构变化（c和d）

以上研究获得了四川大学以及国家自然科学基金委的资助，杨超博士和李孝红硕士研究生分别为论文第一作者，张友君研究员为论文共同通讯作者。文章链接如下：

(1) Kohn anomaly and elastic softening in body-centered cubic molybdenum at high pressure, Physical Review B, 105, 094105 (2022); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.094105

(2) Sound velocity softening in body-centered cubic niobium under shock compression, Physical Review B, 105, 104110 (2022); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.104110