近日，吉林大学唐敖庆讲座教授、宁波大学崔田教授和吉林大学段德芳教授等人，与剑桥大学Chris J. Pickard教授等人合作，在高压下氢基高温超导体研究方面又取得突破性进展。研究成果发表于Physical Review Letters 125, 217001 (2020)杂志上。
富氢化合物可以在实验室压力下实现金属化，是潜在的高温超导体，备受关注。崔田课题组于2014年首次报道了共价金属性氢化物H3S在200万大气压下的超导转变温度高达200K，随后被实验证实，激发了人们在富氢材料中寻找室温超导体探究的热情。2019年，理论预测和实验研究发现“笼状”氢化物LaH10的超导温度达到250~260K，坚定了寻找室温超导体的信心。近日实验上在高压下合成了碳质硫氢化物，在288K的室温条件下实现了零电阻，让人们看到了室温超导的曙光。
三类典型的高Tc 氢基传统超导体
目前在高压下发现的氢基高温超导材料的结构可以归为两类，一类是以H3S为代表的共价金属性氢化物，另一类是以LaH10为代表的笼状氢化物。在本工作中，研究人员设计出一种独特的HfH10，其具有“类五角石墨烯状”的层状结构，在这个结构三个H5单元以“边边相连”的方式形成“品字形”层状H10单元，类似于五角石墨烯结构，而Hf原子位于三个H10单元的中心位置，是继共价金属性氢化物和笼状氢化物之后的第三类结构的高温超导体。理论预测这种“类五角石墨烯状”HfH10在250GPa时Tc高达213-234K，是目前发现的氢基超导体中第一个Tc高于200K的层状材料，也是过渡金属氢化物中Tc最高的材料。除了HfH10以外，与其同构的ZrH10、ScH10、LuH10也具有较高的超导转变温度，Tc在134-220K之间不等。该成果对于氢化物以及室温超导体的研究有重要的意义。另外，文章提出了富氢材料具有高温超导电性的一般规律，为今后在富氢材料中寻找室温超导体提供了有价值的理论参考。
本论文第一作者为吉林大学超硬材料国家重点实验室的谢慧博士（现任职河北民族师范学院），通讯作者为吉林大学唐敖庆讲座教授、宁波大学物理科学与技术学院的崔田教授、吉林大学物理学院的段德芳教授及剑桥大学Chris J. Pickard教授。该工作得到了国家自然基金委项目、国家重点研发计划项目、吉林大学高性能计算中心与国家超级计算天津中心天河一号的大力支持。
论文全文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.217001