“H2S-H2化合物的高压超导相”研究获重要进展

吉林大学“H2S-H2化合物的高压超导相”研究获重要进展

寻找高温超导材料一直是凝聚态物理研究领域的热点课题。上世纪80年代以来,科学家们在铜氧化合物超导体和铁基超导体等非传统超导材料的研究上取得了很大的进展,如铜氧化合物的超导临界温度在高压下可达到164K。然而对于传统超导体的研究进展则比较缓慢,其超导临界温度远低于铜氧化合物。根据BCS理论预测,金属氢有望成为室温传统超导体。令人遗憾的是,迄今为止在实验可达到的压力范围内没有获得金属氢。而富氢化合物则被认为是可以在较低的压力下实现金属化,并具有较高超导临界温度的传统超导体候选材料。

最近,吉林大学物理学院、超硬材料国家重点实验室的崔田教授课题组在“传统高温超导体”的研究上取得了实质性进展,理论预测H2S-H2化合物在高压下的超导临界温度可达到191K,超过铜氧化合物的超导临界温度27K,实现了传统超导体基础研究领域上新的突破。在传统超导材料上发现如此高的超导临界温度,将结束过去20多年来铜氧化合物在高温超导材料上一统江山的局面。这一研究成果发表在Scientific Reports, 4, 6968, 2014详见http://www.nature.com/srep/2014/141110/srep06968/full/srep06968.html

据课题组段德芳老师介绍,采用第一性原理计算方法结合晶体结构搜寻算法,预测了H2S-H2化合物在高压下形成H3S单元,存在一个具有金属特性的立方相(Im-3m),并基于BCS理论计算了它的超导临界温度Tc。在200万大气压时该物质的Tc191~204 K,并且Tc随压力的增大单调降低。进一步光谱函数的计算表明,它的超导温度主要由氢原子振动贡献的。

令人兴奋的是,该理论预测的立方相超导临界温度191 K及其随压力的变化趋势已被德国马普所M. I. Eremets教授课题组的高压实验结果所证实。该研究工作验证了富氢化合物具有较高超导温度的猜想,对高温超导的基础研究是一个极大的推动,为相关领域的实验研究指引了方向,可能引发人们对传统BCS理论的重新思考。文章发表后迅速得到国际学术界的关注,美国物理学会来函邀请崔田教授参加2015年的美国物理学会三月会议(APS Marching Meeting),就该研究结果做邀请报告。

该研究工作得到了科技部973计划,国家自然科学基金委重点、面上和青年基金,教育部长江学者和创新团队发展计划的支持。
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