實現室溫超導是超導學術界和工業界夢寐以求的終極目標。藉助高壓技術，創紀錄的超導轉變溫度200 K和250 K分別在新型硫氫化物H3S和鑭氫化物LaH10上得以實現，因此富氫化合物被認為是室溫超導體的最佳候選體系。
最近，吉林大學崔田教授（現任職寧波大學）、黃曉麗教授課題組，與俄羅斯Skolkovo科學技術研究院Artem R. Oganov課題組合作，在高壓下富氫化合物研究方面又取得突破性進展。研究成果“Superconducting praseodymium superhydrides”於2020年2月28日在線發表於Science Advances 雜誌上。
為了在富氫化合物中繼續尋找潛在的高溫超導體，同時探究鑭系金屬原子在超導轉變中所起的作用，研究人員選取鑭系元素中的鐠單質，採取不同的氫源分別在“冷壓”和“熱壓”兩個路徑下合成新型鐠氫化合物。研究結果發現，在0~130 GPa範圍內合成了新型富氫化合物F4—3m-PrH9、P63/mmc-PrH9、Fm3—m-PrH3及P4/nmm-PrH3-δ。其中F4—3m-PrH9和P63/mmc-PrH9均具有與Fm3—m-LaH10和P63/mmc-CeH9相似的氫籠構型。原位高壓電阻測量結果顯示合成的PrH9在降溫過程中溫度達到9 K時電阻突然下降，表明其可能的超導轉變溫度低於9 K。
通過進一步的理論計算結果發現譜氫化物中磁有序和電聲相互作用在極接近的壓力範圍內共存，這可能是導致其超導轉變溫度較低的原因。本工作的研究結果表明，La-Ce-Pr系列氫化物的超導轉變溫度隨La-Ce-Pr元素的原子量增加而下降，鑭系非氫元素的加入不僅為“金屬氫”的晶格提供電子穩定了氫籠構型，而且極大地影響了超導轉變溫度。該成果為高壓下設計及製備新型超氫化合物及高溫超導體提供了新的研究思路。
該研究成果共同第一作者為吉林大學周迪博士、Skolkovo科學技術研究院Dmitrii V. Semenok博士及吉林大學段德芳教授，通訊作者為吉林大學崔田教授、黃曉麗教授及Skolkovo科學技術研究院Artem R. Oganov教授。該工作得到了國家自然基金委項目、上海光源同步輻射BL15U1線站、北京同步輻射光源4W2線站的大力支持。
課題組簡介
崔田教授：博士生導師，長江學者特聘教授，國家“萬人計劃”領軍人才，國務院政府特殊津貼獲得者；長期從事高壓極端條件下凝聚態物質的結構與性質研究，注重理論與實驗研究相結合，在純氫和富氫體系以及其它簡單分子凝聚體系的高壓結構與奇異特性、超硬多功能材料的理論設計與實驗合成等方面，取得了多項成果；獲得國家自然科學二等獎2項、省部級一等獎4項。聯繫方式：[email protected]，課題組鏈接：http://tcui.jlu.edu.cn。
黃曉麗教授：博士生導師，一直從事高壓下富氫材料的晶體結構及超導電性實驗研究工作。在Science Advances、NatureCommunications、Journalof the American Chemical Society、National ScienceReview、Physical Review B等國際期刊上發表40餘篇SCI學術論文。
聯繫方式：[email protected]
點擊https://advances.sciencemag.org/content/6/9/eaax6849查看論文原文。
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