近日，吉林大學唐敖慶講座教授、寧波大學崔田教授和吉林大學段德芳教授等人，與劍橋大學Chris J. Pickard教授等人合作，在高壓下氫基高溫超導體研究方面又取得突破性進展。研究成果發表於Physical Review Letters 125，217001（2020）雜誌上。
富氫化合物可以在實驗室壓力下實現金屬化，是潜在的高溫超導體，備受關注。崔田課題組於2014年首次報導了共價金屬性氫化物H3S在200萬大氣壓下的超導轉變溫度高達200K，隨後被實驗證實，激發了人們在富氫資料中尋找室溫超導體探究的熱情。2019年，理論預測和實驗研究發現“籠狀”氫化物LaH10的超導溫度達到250~260K，堅定了尋找室溫超導體的信心。近日實驗上在高壓下合成了碳質硫氫化物，在288K的室溫條件下實現了零電阻，讓人們看到了室溫超導的曙光。
三類典型的高Tc氫基傳統超導體
現時在高壓下發現的氫基高溫超導資料的結構可以歸為兩類，一類是以H3S為代表的共價金屬性氫化物，另一類是以LaH10為代表的籠狀氫化物。在本工作中，研究人員設計出一種獨特的HfH10，其具有“類五角石墨烯狀”的層狀結構，在這個結構三個H5單元以“邊邊相連”的管道形成“品字形”層狀H10單元，類似於五角石墨烯結構，而Hf原子位於三個H10單元的中心位置，是繼共價金屬性氫化物和籠狀氫化物之後的第三類結構的高溫超導體。理論預測這種“類五角石墨烯狀”HfH10在250GPa時Tc高達213-234K，是現時發現的氫基超導體中第一個Tc高於200K的層狀資料，也是過渡金屬氫化物中Tc最高的資料。除了HfH10以外，與其同構的ZrH10、ScH10、LuH10也具有較高的超導轉變溫度，Tc在134-220K之間不等。該成果對於氫化物以及室溫超導體的研究有重要的意義。另外，文章提出了富氫資料具有高溫超導電性的一般規律，為今後在富氫資料中尋找室溫超導體提供了有價值的理論參攷。
本論文第一作者為吉林大學超硬材料國家重點實驗室的謝慧博士（現任職河北民族師範學院），通訊作者為吉林大學唐敖慶講座教授、寧波大學物理科學與技術學院的崔田教授、吉林大學物理學院的段德芳教授及劍橋大學Chris J. Pickard教授。該工作得到了國家自然基金委項目、國家重點研發計畫項目、吉林大學高性能計算中心與國家超級計算天津中心天河一號的大力支持。
論文全文連結：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.217001