近日,寧波大學(xué)崔田教授、吉林大學(xué)段德芳教授與劍橋大學(xué)Chris J. Pickard教授薩斯克徹溫大學(xué)姚延蓀教授、加州大學(xué)伯克利分校Vladimir Z. Kresin教授等人合作,進(jìn)一步發(fā)展了“化學(xué)預(yù)壓縮”理論,在高壓超導(dǎo)氫化物的理論研究方面又取得突破性進(jìn)展,相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在物理學(xué)頂級期刊Physical Review Letters上,并被選為編輯推薦文章(“Editor’s Suggestion”)。
該研究進(jìn)一步發(fā)展了“化學(xué)預(yù)壓縮”理論,提出了“預(yù)壓縮”氫合金骨架理論,即用較大半徑的金屬元素化學(xué)預(yù)壓縮輕質(zhì)元素(Be,B元素等等)的二元富氫體系使之進(jìn)入氫合金相,進(jìn)一步降低合成壓力,氫合金骨架呈現(xiàn)連通的三維結(jié)構(gòu),具備高溫超導(dǎo)電性。比起“化學(xué)預(yù)壓縮”純氫體系使之進(jìn)入金屬氫相,氫合金骨架的低壓穩(wěn)定性顯著優(yōu)異于金屬氫骨架?;谶@個思想,他們設(shè)計了一系列AXH8(A = Sc, Ca, Y, Sr, La, Ba和X = Be, B, Al)型氫基高溫超導(dǎo)體(>150K),具有類螢石結(jié)構(gòu)的氫合金骨架,兼具低壓穩(wěn)定性和高溫超導(dǎo)電性。其中性質(zhì)最優(yōu)異的立方LaBeH8在98 GPa熱力學(xué)穩(wěn)定,20 GPa動力學(xué)穩(wěn)定,185 K進(jìn)入超導(dǎo)態(tài)。與之前發(fā)現(xiàn)的超氫化物相比,動力學(xué)穩(wěn)定壓力降低了一個數(shù)量級,有被大腔體壓機(jī)合成的潛力。該研究提出了進(jìn)一步降低氫基超導(dǎo)體穩(wěn)定壓強(qiáng)的理論,在理解氫基高溫超導(dǎo)體的低壓穩(wěn)定性方面取得標(biāo)志性進(jìn)展,同時向常壓下實現(xiàn)室溫超導(dǎo)邁出了重要的一步。
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壓力是誘導(dǎo)材料金屬化的有效手段,隨著壓力增大,載流子濃度變高,能帶展寬變大,最終會實現(xiàn)金屬化。早在1935年,理論工作者就預(yù)測絕緣的分子氫在高壓下會轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘俚脑託?,即金屬氫,它是潛在的高溫超?dǎo)體甚至是室溫超導(dǎo)體。人們一直嘗試合成金屬氫,但是迄今為止,在實驗室產(chǎn)生的495萬大氣壓下(已經(jīng)超過地球的內(nèi)核壓力),依然沒有獲得金屬氫的確實證據(jù),可能需要更高的壓力。2004年N. W. Ashcroft提出“化學(xué)預(yù)壓縮“理論,即在氫分子體系中摻入其它元素,使系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)在費(fèi)米面附近出現(xiàn)氫的電子主導(dǎo)的交疊能帶,來迫使系統(tǒng)進(jìn)入一個金屬相。同純粹的高壓相比,這種“化學(xué)預(yù)壓縮”方法可使氫的金屬相在較低壓力下穩(wěn)定。
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https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.047001