摘要：自1911年超导现象发现以来，室温超导始终是凝聚态物理领域的终极目标之一。基于BCS理论，金属氢因极高的德拜温度与强电子-声子耦合，是潜在的高温乃至室温超导体，但其极端合成压力远超当前技术极限，因此科学家们转而探索基于化学预压缩效应的富氢化物。近年来，氢化物超
自1911年超导现象发现以来，室温超导始终是凝聚态物理领域的终极目标之一。基于BCS理论，金属氢因极高的德拜温度与强电子-声子耦合，是潜在的高温乃至室温超导体，但其极端合成压力远超当前技术极限，因此科学家们转而探索基于化学预压缩效应的富氢化物。近年来，氢化物超导体的研究取得了重大突破。然而，二元氢化物的稳定压力与性能调控面临瓶颈，三元氢化物由于其化学多样性和结构可调性成为突破瓶颈的关键路径。近日，吉林大学黄晓丽教授团队通过将Y元素引入Lu-H体系，高温高压下合成了A15型三元稀土氢化物Pm-3n (Lu, Y)4H23，其在A15结构超导体中具有最高的超导温度纪录。
图1. DAC样品腔照片和电输运测量。图片来源：J. Am. Chem. Soc.
三元氢化物凭借元素与结构可调性成为科学研究的热点，例如吉林大学黄晓丽教授团队发现的La-Ce-H和Al掺杂LaH₁₀体系均展现出更优超导性能（Nat. Commun., 2023, 14, 2660; Natl. Sci. Rev. 2024, 11, nwad107）。镥（Lu）作为重稀土元素，其电子构型确实表现出独特的全满4f电子壳层，这与轻稀土中的镧（La）在形式上具有相似的“无4f电子参与化学键”的特点。该团队聚焦Lu-Y-H体系，结合Lu-H体系（4f电子全填充，稳定压力低）与Y-H体系（Tc高）的优势，研究高性能三元氢化物超导体。
利用金刚石对顶砧（DAC）结合激光加热技术，以Lu-Y合金与氨硼烷为反应物，在高压下成功制备出A15型结构的三元氢化物Pm-3n (Lu, Y)4H23。该氢化物在215 GPa下超导转变温度（Tc）达到112 K，创下A15型超导体的最高Tc纪录。相比于二元体系Pm-3n Lu4H23（Tc=71 K），超导转变温度提升了60%，上临界磁场强度增强了61%，展现出优异的超导性能。同步辐射X射线衍射显示，Y的引入导致晶胞体积膨胀和H-H键增长（1.23 Å→1.25 Å）。理论计算进一步揭示，Y原子的引入调控了电子能带结构和诱导声子软化，增加了费米面附近总的电子态密度，电声耦合常数从二元体系的1.82提升至3.12，驱动Tc显著提升。
图2. 高压下Lu-Y-H体系在外部磁场下的R-T曲线及上临界磁场拟合。图片来源：J. Am. Chem. Soc.
图3. 高压下Lu-Y-H体系样品Tc与压力关系。图片来源：J. Am. Chem. Soc.
图4. 高压下Lu-Y-H体系样品的XRD图谱与P-V变化关系。图片来源：J. Am. Chem. Soc.
本工作在A15型氢化物超导体中观测到了迄今最高的超导转变温度，揭示了元素掺杂调控氢化物超导性能的微观机制，为多元富氢化物超导体的研究提供了新思路和新方向。
这一成果近期发表在Journal of the American Chemical Society 上，文章的第一作者是吉林大学高压与超硬材料全国重点实验室博士研究生张可欣，通讯作者为吉林大学物理学院黄晓丽教授和宁波大学崔田教授。
Synthesis and Superconductivity of Ternary A15-(Lu, Y)4H23 at High Pressures
Kexin Zhang, Jingkun Yu, Yuchen Zhang, Jianning Guo, Yulong Wang, Chuang Jiang, Xiaoli Huang, Tian Cui
J. Am. Chem. Soc.2025, DOI: 10.1021/jacs.4c16805
通讯作者简介
黄晓丽，吉林大学物理学院教授，博士生导师，国家高层次青年人才。一直从事高压下新型富氢化合物超导体的实验研究工作。研发了百万大气压以上电阻及迈斯纳效应等关键高压实验技术，利用NV色心量子传感技术揭示富氢化合物的高温超导电性，澄清了富氢化物超导体存在的争议；率先在百万大气压以下获得超导转变温度超过百K的铈氢超导体，为温和条件下制备富氢化合物超导体迈出了重要一步；实验揭示了影响富氢化合物超导电性的关键因素，为获得新型富氢化物高温超导体提供了重要依据。共发表SCI论文130余篇，近五年以第一/通讯作者发表SCI论文40余篇，包括Nature、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Phys. Rev. Lett.等，其中5篇论文入选ESI高被引论文。作为项目负责人承担了国家重点研发计划青年科学家项目等，获得第四届高压科学卓越青年学者和福谦青年科学家奖等。
崔田，教授，博士生导师，国家级领军人才。现任宁波大学物理科学与技术学院特聘院长、高压物理科学研究院院长。长期从事极端条件下功能导向新材料的设计、制备及性能研究。曾获国家自然科学二等奖2项、省部级一等奖5项。主持 “973”项目、国家重点研发专项课题等多个科研项目以及浙江省人才团队项目等。在Nature、Nat. Commun.、Sci. Adv.、PRL、PNAS等杂志上发表SCI论文500余篇，引用超万次，连续多年入选中国高被引学者榜单。
来源：X一MOL资讯
