高压富氢驭超导！宁大这项研究有了新进展

室温超导是人类一个世纪以来一直追逐的梦想。BCS理论告诉我们超导温度与材料的德拜温度成正比，德拜温度与原子质量成反比，所以可以在轻质元素中寻找高温超导材料。氢有着最高的德拜温度，极有可能是室温超导材料。但首先要把绝缘的氢转变成金属状态的氢，即金属氢，这就需要高压的作用。

宁波大学高压物理科学研究院院长崔田教授带领研究团队，建立国际一流的高压研究平台，在新型富氢超导材料的理论设计、制备及性能等方面的研究上接连取得突破性进展。

01

铝掺杂稳定了高超导转变温度的镧超氢化物亚稳相

之前的研究发现，镧氢化物的超导转变温度很高，但它需要非常高的压力才能稳定，难以广泛应用。因此，崔田教授团队通过掺杂小半径原子铝来降低镧氢化物的稳定压力。在引入适当比例的小半径原子铝后，形成的镧铝氢化合物在一百五十万大气压下的超导转变温度高达223K。除了压力和超导转变温度外，临界磁场也是超导体的重要指标，相比于之前的氢化物超导体，团队合成的镧铝氢化合物有着巨大的上临界磁场值。

镧铝氢(La-Al-H)体系和镧氢(La-H)体系的超导转变温度(Tc)随压力的变化

与之前合成的三元氢化物不同的是，镧铝氢化合物的体积膨胀较小，这表明铝原子很可能填充到了镧氢化物的晶格间隙中，而不是形成传统的基于合金的三元氢化物。这项成果创造性地将小半径元素应用于三元氢化物体系制备，为多元素合成高温超导体提供了一种新策略。该成果发表在了National Science Review上。

02

铈掺杂大幅度提升镧超氢化物的超导电性

作为元素周期表中的近邻，镧和铈的原子半径和电负性非常接近，可以形成连续均匀的固溶体合金。它们的氢化物也具有相同的结构，镧氢化物的超导转变温度较高，而铈氢化物更容易合成。因此，崔田教授团队以镧铈合金作为初始反应物，制备出了结构类似、性质介于镧氢化物和铈氢化物中间的镧铈氢化合物。

镧铈氢(La-Ce-H)体系和镧氢(La-H)、铈氢(Ce-H)体系在不同压力下的超导转变温度(Tc)

团队通过在氨硼烷中激光加热镧铈合金，成功合成了在一百万大气压以内稳定的镧铈氢化合物，它可以在176K以下保持超导电性，其上临界场也是当时合成的氢化物中最高的。镧铈氢化合物的发现不仅丰富了高温超导氢化物，而且给将来的研究者们提供了一种能在中等压力下实现高温超导的重要思路。该成果发表在Nature Communications上。

03

镥氮氢材料性质的研究

今年年初，有报道称掺氮的氢化镥在近环境压力观测到室温超导，引起巨大轰动。得知该消息，崔田教授团队第一时间利用第一原理计算系统地研究了低压环境下镥氮氢化合物的相图。结果表明，近环境压力下没有任何能热力学稳定的镥氮氢化合物。

(左)镥氮氢的三元凸胞图

(中) 样品室的照片

(右) 样品电阻随温度的变化

考虑到镥氮氢可能是热力学不稳定的亚稳材料，团队还利用多种方法预测了多个亚稳的镥氮氢结构，并计算了其稳定性和超导特性。虽然结果表明掺入氮原子后，镥氢化物的超导转变温度会提高，但所有的镥氮氢化合物的超导转变温度都在零下两百多摄氏度以下。计算结果并不支持镥氮氢化合物的常压室温超导电性。该成果发表在Matter and Radiation Extremes上。

此外，团队也在实验上研究了镥氮氢化合物在压力下的电输运性质。结果表明，在八十万大气压以内均未观测到有超导现象，实验数据也不支持镥氮氢是近常压下的室温超导体。

走近高压物理科学研究院

团队负责人崔田教授，“万人计划”科技创新领军人才、全国政协委员、浙江省政协常委，宁波大学高压物理科学研究院院长，曾经担任吉林大学超硬材料国家重点实验室主任。崔田教授长期从事高压极端条件下凝聚态物质的理论与实验研究工作，发表SCI论文400余篇，SCI引用近万次，获授权发明专利12项、软件著作权1项。获得国家自然科学二等奖 2 项、省部级一等奖 5项。

高压物理科学研究院旨在建立一支方向聚焦、结构合理、学术水平国际领先的高压极端条件下物质科学研究团队，培育并引进了包括国家优青、军工子项目负责人、甬江青年创新人才等多位青年才俊。

往期精彩回顾

丨来源：高压物理科学研究院

丨责任编辑：郭亚男

丨终审：王湖清

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