宁大一教授在物理学顶级期刊Physical Review Letters 上发表论文

  近日,宁波大学崔田教授、吉林大学段德芳教授与剑桥大学Chris J. Pickard教授萨斯克彻温大学姚延荪教授、加州大学伯克利分校Vladimir Z. Kresin教授等人合作,进一步发展了“化学预压缩”理论,在高压超导氢化物的理论研究方面又取得突破性进展,相关研究结果发表在物理学顶级期刊Physical Review Letters上,并被选为编辑推荐文章(“Editor’s Suggestion”)。

  该研究进一步发展了“化学预压缩”理论,提出了“预压缩”氢合金骨架理论,即用较大半径的金属元素化学预压缩轻质元素(Be,B元素等等)的二元富氢体系使之进入氢合金相,进一步降低合成压力,氢合金骨架呈现连通的三维结构,具备高温超导电性。比起“化学预压缩”纯氢体系使之进入金属氢相,氢合金骨架的低压稳定性显著优异于金属氢骨架。基于这个思想,他们设计了一系列AXH8(A = Sc, Ca, Y, Sr, La, Ba和X = Be, B, Al)型氢基高温超导体(>150K),具有类萤石结构的氢合金骨架,兼具低压稳定性和高温超导电性。其中性质最优异的立方LaBeH8在98 GPa热力学稳定,20 GPa动力学稳定,185 K进入超导态。与之前发现的超氢化物相比,动力学稳定压力降低了一个数量级,有被大腔体压机合成的潜力。该研究提出了进一步降低氢基超导体稳定压强的理论,在理解氢基高温超导体的低压稳定性方面取得标志性进展,同时向常压下实现室温超导迈出了重要的一步。

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  压力是诱导材料金属化的有效手段,随着压力增大,载流子浓度变高,能带展宽变大,最终会实现金属化。早在1935年,理论工作者就预测绝缘的分子氢在高压下会转变为金属的原子氢,即金属氢,它是潜在的高温超导体甚至是室温超导体。人们一直尝试合成金属氢,但是迄今为止,在实验室产生的495万大气压下(已经超过地球的内核压力),依然没有获得金属氢的确实证据,可能需要更高的压力。2004年N. W. Ashcroft提出“化学预压缩“理论,即在氢分子体系中掺入其它元素,使系统的电子结构在费米面附近出现氢的电子主导的交叠能带,来迫使系统进入一个金属相。同纯粹的高压相比,这种“化学预压缩”方法可使氢的金属相在较低压力下稳定。

  原文链接:

    https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.047001

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