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高压下氢笼结构的金属富氢化合物:通往室温超导的途径

时间:2024-09-10 14:32:00 点击:

1911年荷兰科学家昂内斯(Onnes)发现汞具有4.2K的超导温度以来,室温超导体的探索一直是国际学术界的热点和梦想。尽管历经一个多世纪的努力,实现室温超导仍是一个巨大的科学挑战。近年来,高压下的富氢化合物研究取得了显著进展,尤其是氢笼结构的富氢化合物的发现,为寻找室温超导体提供了新的思路。马琰铭院士及其团队在这一领域做出了杰出贡献,不仅推动了氢笼结构富氢化合物的研究,还提出了多种可能的室温超导体候选材料。

马琰铭院士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结构CaH6,该结构在150GPa下具有高达235K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YH6、YH9和LaH10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250-260K,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250GPa压强下的理论超导温度高达473K(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。