与著名的共价型超导体二硼化镁、元素超导体锂、金属氢、共价型氢化物H3S以及笼型LaH10等传统高压超导体不同，在同一个材料中表现出超导态和电子态双重属性的超导电子化合物为传统超导体研究开辟了一个新领域。

近日，宁波大学崔田教授和吉林大学李达教授等人在探索新型高压超导电子化合物研究领域取得突破性进展。研究成果以“Proposed superconducting electride Li6C by sp-hybridized cage states at moderate pressures”为题，于2021年10月8日发表在Phys. Rev. Lett.杂志上。

图一:（a）图解说明用于识别潜在电子化合物的计算辅助方法。（b-e）高压电子化合物Li6C结构特征和对应的电子局域函数。

针对目前高通量筛选电子化合物效率低，超导机制不清晰以及间隙准原子对超导电性起何种作用等问题，本工作仅通过化学成分和成键特征设计了一种高效且节省计算资源的方法来快速识别潜在的电子化合物并探究其超导电性的内在机制。首次在以低原子序数碳氮化合物为筛选模型中揭示出了一系列金属性电子化合物。

图二：高压电子化合物Li6C在60GPa态密度和成键特性。

以电子化合物Li6C为研究目标，第一性原理研究揭示出零维笼状间隙准原子以sp杂化态在Li6C中以客体身份存在。间隙准原子能够和近邻原子形成离子键和共价键来降低体系热动力学稳定化压力。在该零维笼状态电子化合物Li6C中，我们发现其超导电性来源于参与sp杂化的主体电子（Li和C的价电子）而不是零维笼状间隙准原子。相对较高的超导转变温度归因于强电子-声子耦合作用，该强耦合作用归因于三个主导因素协同作用的结果：（i）原子间强耦合效应；（ii）费米面嵌套引起的声子软化；（iii）声子耦合sp杂化能带主体电子。该研究结果阐明了一种新的电子化合物超导机制并为在笼状电子化合物体中寻找低压高温超导体指明了一个新的探索方向。

图三:（a）高压电子化合物Li6C的声子色散、投影声子态密度以及积分电声耦合参数。（b）λ和Tc值作为压力的函数。（c）费米面以及费米面嵌套函数。（d）典型超导电子化合物Tc与压力的关系。（e）不同原子对费米面处电子态密度的贡献。

该研究成果的第一作者为吉林大学刘召博士，通讯作者为宁波大学物理科学与技术学院的崔田教授和吉林大学超硬材料国家重点实验室的李达教授。该工作得到了国家自然基金委项目、国家重点研发计划项目、吉林大学高性能计算中心的大力支持。

*中国科协科学技术传播中心支持

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论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.157002