【摘 要】
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超导材料的研究一直是凝聚态物理领域的焦点课题。近期,尽管富氢化合物的高温超导研究取得了重要进展,如理论预测的203 K硫氢和250-260 K镧氢化合物高温超导体相继被高压实验制备,为发现室温超导材料点燃了希望,但富氢化合物的超导温度仍有提升空间,因此富氢化合物的室温超导设计备受领域关注。本文提出了通过理论掺入金属元素引入电子打破氢对的物理思想,利用课题组自主研发的CALYPSO晶体结构预测方法和
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超导材料的研究一直是凝聚态物理领域的焦点课题。近期,尽管富氢化合物的高温超导研究取得了重要进展,如理论预测的203 K硫氢和250-260 K镧氢化合物高温超导体相继被高压实验制备,为发现室温超导材料点燃了希望,但富氢化合物的超导温度仍有提升空间,因此富氢化合物的室温超导设计备受领域关注。本文提出了通过理论掺入金属元素引入电子打破氢对的物理思想,利用课题组自主研发的CALYPSO晶体结构预测方法和软件,开展了系列富氢化合物的理论设计,预测了若干具有高超导温度的富氢化合物高压相,取得了以下创新性成果:1.提出了通过将金属元素掺入到含有大量H2分子的母体氢化物中来提高超导温度,并设计新型三元高温超导体的方案。该方案的关键在于:掺入金属使H2分子解离为原子H,提高了费米能级处的电子态密度占据和超导温度。据此设计了室温超导高压亚稳相Li2MgH16,在250万大气压下理论计算其超导温度高达473 K,是室温超导体的有力候选结构。2.沿用通过理论掺入金属元素引入电子打破氢对这一设计方案,系统研究了Li-Y-H体系的高压相图,预测了新型高温超导体Li2YH17,理论计算其超导温度高达112 K。研究发现其氢笼网络与一种沸石型网络完全相同,提出了通过替换金属元素调制沸石型氢笼网络Li2YH17的超导电性的方案。同时提出可以通过参考沸石结构、阿基米德立体和拉弗斯相等三维网络结构模型,设计新型富氢超导材料,为发展高温超导材料设计方法提供了新思路。3.系统研究了C-S-H体系的高压相图,预测了与母体H3S具有相似结构的高温超导高压亚稳相CSH7,100万大气压下理论计算其超导温度高达181 K。可以将CSH7视为甲烷分子（CH4）“掺杂”母体H3S的主客体结构,主客体间的离子相互作用化学预压[SH3]亚晶格,保持与母体H3S相似的高超导电性的同时降低了高温超导H3S的合成压力。并据此提出了通过掺入分子引入主客体间相互作用从而降低高温超导氢化物合成压力的建议。
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