最近，贾瑜教授和洛阳师范学院彭枫教授等单位合作，在金属氢化物高温超导的预言方面取得重要进展，主要成果以“Generic rules for achieving room-temperature superconductivity in ternary hydrides with clathrate structures”为题于1月17日在权威物理期刊Physics Review B上以快报形式发表，刘亮亮副教授与彭枫教授为论文的共同第一作者，贾瑜教授为论文的通信作者。
自1911年荷兰物理学家昂内斯首次报道超导现象至今，发现并实现高温甚至室温超导体系一直是凝聚态物理领域永恒的挑战和热点。基于传统的Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS)理论，最近人们利用高压技术实现了一些富氢材料的高温超导，其超导转变温度已接近室温，为未来超导材料在室温的应用带来了曙光。具体体系包括H3S和LaH10等，分别在高压下具有203 K和260 K的超导电性。然而这类化合物多在极高的压力下才稳定存在，加上试验和合成条件苛刻，如何有效提升其超导转变温度并降低稳定材料结构的压力，是该领域需要解决的关键瓶颈问题。
图1：(a) - (c)分别为氢化物LaH10，CaHfH12和CaHfH18的结构图。（d）和（e）分别表示超导转换温度Tc与金属有效价电子数（EMV），金属体积占位比（FMO）之间的依赖关系。（f）在给定氢与金属的比例下，金属的体积占位比与其提供的化学压成线性关系。粉红颜色的体系为该文新预言的三元氢化物超导体，蓝色为已知的氢化物超导体。
针对这一问题，该团队通过对目前已有的金属氢化物超导体结构和物性的系统分析，提出了两个设计金属氢化物超导体应遵从的基本定则。首先是金属价电子优化定则。他们发现作为金属氢化物骨架的金属原子价电子数为3时，可以有效地提升金属氢化物超导的转变温度；其次是金属离子占位比优化定则，指出当金属离子的体积占位比约为0.35~0.4时，可以有效地降低稳定金属氢化物所需的内部物理压。进一步，该团队也对上述两个定则从微观机理上提供了深层诠释。
基于以上两条定则，结合目前已发现的LaH10、YH9等二元氢化物高温超导体具有高的超导转变温度，团队提出了采用离子半径和离子价态两个方面“双补偿性共替代”的方案，设计出了一系列三元氢化物高温超导体。其中 CaHfH12在300 GPa下理论预言的Tc高达360 K，CaZrH12在200 GPa也达到290 K（如图1所示）。本工作从理论上为实现了提升超导转变温度和降低合成氢化物超导体稳定压强提供了一个有效的方案，也为该领域实验上设计低压稳定的高温金属氢化物超导材料具有指导意义。
该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、合肥实验室等项目的资助。
文章链接：https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.107.L020504
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