npj: 传统高温超导体—锂掺杂磷氢化合物

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最近，吉林大学崔田教授/段德芳副教授课题组预测了一种全新的三元高温超导体LiPH₆，该材料在200万大气压下的超导转变温度可达167 K，远高于液氮温度。

在极高的压力下，金属氢被预言为室温超导体，但到目前为止还没有获得金属氢的直接实验证据。康奈尔大学N. W. Aschcroft提出，富氢化合物由于“化学预压缩”的作用，可以在较低的压力下实现金属化，是潜在的高温超导体。课题组于2014年首次报道了新型氢化物H₃S在200万大气压下的超导转变温度高达200 K，随后被实验证实，激发了作者在富氢材料中寻找室温超导体探究的热情。最近理论预测和实验发现LaH₁₀的超导温度达到260 K，坚定了科学家寻找室温超导体的信心。为了寻找更丰富的新型传统高温超导材料，他们逐渐将研究的领域拓展到了三元氢化物。

该研究基于“化学预压缩”思想，通过在二元氢化物中进一步掺杂轻质元素，以期降低金属化压力，获得高温超导体。通过第一性原理计算结合晶体结构搜素技术，该研究预测了一系列高压下稳定存在的三元氢化物LiPH₃, LiPH₄, LiPH₆和LiPH₇，这类材料是由Li掺杂二元磷氢化合物形成的。母体氢化物P-H体系在高压下不稳定，会分解为单质P和H₂，而引入额外的电子可以稳定P-H体系，形成稳定的三元化合物。其中超导性质最为突出的LiPH₆，在200万大气压下超导转变温度可达167 K，远高于液氮温度（77 K）。该研究工作还提出了合成三元锂磷氢化合物的一种可能路径：LiP + H₂→LiPH_n，为高压下三元超导氢化物的深入研究提供了重要参考。

该文近期发表于npj Computational Materials 5: 104 (2019)，第一作者为邵子霁博士，英文标题与摘要如下，点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。

Ternary superconducting cophosphorus hydrides stabilized via lithium 

Ziji Shao, Defang Duan, Yanbin Ma, Hongyu Yu, Hao Song, Hui Xie, Da Li, Fubo Tian, Bingbing Liu & Tian Cui

Inspired by the diverse properties of sulfur hydrides and phosphorus hydrides, the authors combine first-principles calculations with structure prediction to search for stable structures of Li−P−H ternary compounds at high pressures with the aim of finding novel superconductors. It is found that phosphorus hydrides can be stabilized under pressure via additional doped lithium. Four stable stoichiometries LiPH3, LiPH4, LiPH6, and LiPH7 are uncovered in the pressure range of 100–300 GPa. Notably, they find an atomic LiPH6 with  symmetry which is predicted to be a potential high-temperature superconductor with a Tc value of 150–167 K at 200 GPa and the Tc decreases upon compression. All the predicted stable ternary hydrides contain the P–H covalent frameworks with ionic lithium staying beside, but not for  –LiPH6. They proposed a possible synthesis route for ternary lithium phosphorus hydrides: LiP + H2 → LiPHn, which could provide helpful and clear guidance to further experimental studies. This article may provide some advice on further investigations on ternary superconductive hydrides at high pressure.

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