近日,寧波大學崔田教授、吉林大學段德芳教授與劍橋大學Chris J. Pickard教授薩斯克徹溫大學姚延蓀教授、加州大學伯克利分校Vladimir Z. Kresin教授等人合作,進一步發(fā)展了“化學預壓縮”理論,在高壓超導氫化物的理論研究方面又取得突破性進展,相關研究結果發(fā)表在物理學頂級期刊Physical Review Letters上,并被選為編輯推薦文章(“Editor’s Suggestion”)。
該研究進一步發(fā)展了“化學預壓縮”理論,提出了“預壓縮”氫合金骨架理論,即用較大半徑的金屬元素化學預壓縮輕質元素(Be,B元素等等)的二元富氫體系使之進入氫合金相,進一步降低合成壓力,氫合金骨架呈現連通的三維結構,具備高溫超導電性。比起“化學預壓縮”純氫體系使之進入金屬氫相,氫合金骨架的低壓穩(wěn)定性顯著優(yōu)異于金屬氫骨架。基于這個思想,他們設計了一系列AXH8(A = Sc, Ca, Y, Sr, La, Ba和X = Be, B, Al)型氫基高溫超導體(>150K),具有類螢石結構的氫合金骨架,兼具低壓穩(wěn)定性和高溫超導電性。其中性質最優(yōu)異的立方LaBeH8在98 GPa熱力學穩(wěn)定,20 GPa動力學穩(wěn)定,185 K進入超導態(tài)。與之前發(fā)現的超氫化物相比,動力學穩(wěn)定壓力降低了一個數量級,有被大腔體壓機合成的潛力。該研究提出了進一步降低氫基超導體穩(wěn)定壓強的理論,在理解氫基高溫超導體的低壓穩(wěn)定性方面取得標志性進展,同時向常壓下實現室溫超導邁出了重要的一步。
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壓力是誘導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,最終會實現金屬化。早在1935年,理論工作者就預測絕緣的分子氫在高壓下會轉變?yōu)榻饘俚脑託?,即金屬氫,它是潛在的高溫超導體甚至是室溫超導體。人們一直嘗試合成金屬氫,但是迄今為止,在實驗室產生的495萬大氣壓下(已經超過地球的內核壓力),依然沒有獲得金屬氫的確實證據,可能需要更高的壓力。2004年N. W. Ashcroft提出“化學預壓縮“理論,即在氫分子體系中摻入其它元素,使系統(tǒng)的電子結構在費米面附近出現氫的電子主導的交疊能帶,來迫使系統(tǒng)進入一個金屬相。同純粹的高壓相比,這種“化學預壓縮”方法可使氫的金屬相在較低壓力下穩(wěn)定。