物理所在鉿基富氫材料研制和83K高壓超導的發(fā)現(xiàn)方面獲進展
軍工資源網 2022年11月23日高壓極端條件可創(chuàng)造常壓難以形成的新結構，賦予材料新功能特性，為實現(xiàn)和拓展?jié)M足特殊需求的材料構效提供可能性。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心極端條件物理重點實驗室研究員靳常青團隊長期開展高壓極端條件的新材料制備及功能研究，設計研發(fā)了具自主知識產權的先進高壓、低溫、強場和激光在位加熱聯(lián)合實驗裝置，可進行超高壓高溫合成和在位物性表征。運用以上極端條件技術，科研團隊揭示了系列高壓誘發(fā)的極端條件材料構效，包括關聯(lián)體系、拓撲、聚合物等新興功能材料體系【PNAS 105, 7115（2008）；JACS 132, 4876（2010）；PNAS 108, 24（2011）；PNAS 110, 17263（2013）；Nat.Commun. 5, 3731（2014）；Adv.Mater. 29, 1700715（2017)；Angew.Chem.Int.Ed. 56, 1（2017）；NPG Asia Mater. 11, 60（2019）】。
高壓富氫化合物的理論預測和實驗現(xiàn)象引發(fā)對新型富氫化合物材料和超導的研究，目前實驗報道的富氫化合物超導集中在稀土、堿土和主族元素（C、P、S及Sn等）上。科研團隊相繼發(fā)現(xiàn)了超導轉變溫度（Tc）210K以上的鈣基富氫超導材料【Nat.Commun. 13, 2863（2022）】、首個4d二元富氫高溫超導材料【Sci.Bull. 67, 907（2022）】。近期，科研人員在IVB過渡元素氫化物的新材料研究中獲進展。研究運用先進的超高壓金剛石壓砧實驗技術，在200GPa高壓和2000K的高溫條件下，制備了高質量的鉿基富氫材料，呈現(xiàn)83K高壓超導轉變（圖1）?？蒲腥藛T通過給鉿基富氫化合物外加磁場，發(fā)現(xiàn)超導轉變向低溫區(qū)移動（圖2），這和超導現(xiàn)象一致。根據Tc隨磁場的演化，研究估算上臨界場約為24Tesla，對應金茲堡~朗道相干長度約37??？蒲袌F隊與APS線站和北京高壓科學研究中心研究員劉浩哲團隊合作，開展高壓結構表征，得到樣品高壓衍射圖譜，顯示含有HfH14相組成（圖3）。該研究首次報道了5d過渡金屬富氫化物高溫超導且溫度突破液氮溫區(qū)。該研究拓展了富氫高溫超導材料的范疇，為高溫超導機理研究提供新素材。
相關研究成果發(fā)表在《今日材料-物理》（Materials Today Physics）上。研究工作得到國家自然科學基金、科技部和中科院的支持。
圖1.鉿基富氫化合物在高壓呈現(xiàn)83K的超導特性。
圖2.鉿基富氫材料超導電學特性和隨磁場的變化。
圖3.鉿基富氫材料的高壓X-ray衍射，插圖為可能的結構。