极低温、超高压、强磁场等极端条件，是基础物理与材料科学研究的重要载体，不仅可发掘全新物质态、调控材料物性，还能模拟天体内部环境，为基础理论研究提供关键支撑。红外光谱技术凭借突出优势，是极端条件下解析物质微观特征的核心表征手段
合肥光源红外谱学与显微成像线站长期致力于同步辐射红外光谱装置的研制和技术的发展。研制了低温高压和强磁场等极端条件下红外光谱测量装置((Review of Scientific Instruments, 2024, 95(7) ，Infrared Physics & Technology, 2025, 147: 105818.)。针对超高压、低温环境下凝聚态材料红外精细探测的迫切科研需求，合肥光源红外谱学与显微成像线站也自主研发出一套覆盖中远红外波段的低温高压红外显微谱学装置，配套建立了完备的极端条件红外表征方法学，为国内外极端高压物态研究提供了关键实验平台。利用我们发展的低温高压装置，解决了在远红外波段进行低温高压测量的技术挑战。利用该装置，中科院固体物理研究所刘晓迪研究员团队联合英国爱丁堡大学、剑桥大学、日本东北大学等海外团队，在极端条件固态氮结构研究中取得关键突破，成功破解了γ-N2晶体结构十余年来的学术争议。相关研究成果以 “Revisiting the structural and optical properties of γ-N2”为题，发表于国际期刊《Matter and Radiation at Extremes》, 2026, 11 (5): 047802。
氮气是极端条件材料领域的经典研究体系，高压低温下会形成多种物相。其中 γ-N₂是高压氮气的主要物相之一，占据分子氮高压低温相图中超 90% 的温压区间，其晶体结构长期存有争议。受原位表征手段匮乏影响，γ-N2的精确晶体结构、光学振动特性始终未能明确，也成为该领域研究的一大瓶颈。
研究团队整合同步辐射XRD、低温高压红外显微光谱与第一性原理DFT理论计算进行研究。研究人员在40~55 GPa低温区间，精准捕到γ-N2特征晶格红外吸收峰，实测峰位与单斜P21/c空间群理论计算结果高度吻合，如图1所示。结合 XRD 数据证实其晶体构型，终结了该物相十余年来的结构争议。依托变压原位拉曼测试，团队观测到γ-N₂和θ-N₂中存在振动模式强度共振效应，该现象源于¹⁵N¹⁴N同位素分子与¹⁴N₂分子振动激发之间的强耦合作用。本次研究明确了 γ-N₂的晶体结构与光学响应特征，完善了氮气高压相图，也为极端压力下分子晶体结构演化、同位素振动耦合机理研究提供了重要实验依据。
γ-N₂的在中远红外波段的红外光谱随着温度/压力的变化情况及与理论值的对比
