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高压下富氢化物的高温超导电性研究入选2024年度物理学领域10大热点前沿

时间:2024-12-09 14:09:33 点击:

2024年11月27日,科睿唯安与中国科学院联合发布《2024研究前沿》报告,以文献计量学中的共被引分析方法为基础,基于科睿唯安ESI数据库中的13,318个研究前沿,遴选出了2024年自然科学和社会科学的11大学科领域排名最前的110个热点前沿和15个新兴前沿。其中,主要由吉林大学马琰铭院士及团队开展的高压下富氢化物的高温超导电性研究入选2024年度物理学领域10大热点前沿。

近年来,马琰铭院士及团队在富氢化合物高温超导体的研究中,取得了多项突破性成果。2012年,利用自主研发的CALYPSO结构预测方法与软件,在高压下计算预测了首个氢笼合物结构CaH6,该结构在150 GPa下具有高达235 K的理论超导温度,并由此提出了在氢笼合物中寻找室温超导体的学术思想。这一思想激发了后续一系列研究,如YH6YH9LaH10等氢笼结构的预测和实验验证,其中LaH10的超导温度测量值高达250-260 K,是目前公认的超导温度新纪录。氢笼结构金属富氢化合物之所以成为高温超导体的有力候选,主要得益于其独特的笼型氢单元。这些笼型单元促使类氢原子相的氢-氢振动和费米面处的高氢电子态密度强烈耦合,从而大幅提升了超导温度。此外,氢作为元素周期表中最轻的元素,具有最高的德拜频率,这也是其高超导温度的关键。在高压下,非氢元素对氢的化学预压作用,使得氢分子解离为原子氢,进一步增加了类原子氢的比例,从而增强了超导性能。

马琰铭院士及团队不仅仅专注于二元体系的研究,还突破了传统思维,提出了在三元体系中寻找高温超导体的新思路。他们通过引入不同的金属元素进行协同调控,设计了新型氢笼结构,如Li2MgH16。这种三元氢笼合物在250 GPa压强下的理论超导温度高达473 K(约200 ℃),这是首次在国际上提出“热”超导体的概念。尽管该结构目前为亚稳结构,但其理论预测为设计热力学稳定的室温超导体提供了重要参考。

随着研究的深入,高压下氢笼结构的金属富氢化合物作为通往室温超导的途径将展现出更大的潜力。未来的研究可以进一步探索不同金属元素组合的氢笼结构,优化其晶体结构,提高稳定性,以期在实验上实现室温超导。同时,利用先进的理论预测方法和实验技术,如X射线衍射、中子散射等,可以更精确地确定晶体结构,揭示其超导机制。

马琰铭院士及其团队在高压下氢笼结构的金属富氢化合物研究中取得了显著成果,为寻找室温超导体提供了新的思路和方法。氢笼结构的独特优势使其成为高温超导体的有力候选,而三元体系的设计则为进一步提升超导温度提供了新的可能性。我们有理由相信,在不久的将来,室温超导体的梦想将成为现实。