【最新中稿作品】新型氢化铋超导体 C2/c-BiH/低频振动|原子|新型高温超导体|晶格|氢化物|络合物|金属

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2024年12月23日，J. Am. Chem. Soc.在线发表了题目为《Molecular Hydride Superconductor BiH4 with Tc up to 91 K at 170 GPa》。

氢作为元素周期表中最轻的元素，长期以来人们认为，如果分子氢能在高压下转化为原子金属氢，就能实现高温甚至室温超导。因此，通过直接压缩分子氢来获得金属氢的方法在高压领域进行了长期的努力。由于所需的超高压超出了当前实验能力的极限，这种方法被证明是一个巨大的挑战。

为了克服这些障碍，Ashcroft在2004年提出了一种“化学预压缩”的替代策略，在可达到的压力条件下对富氢材料（即氢化物）的氢晶格进行金属化。

这一概念以及理论结构预测的进步导致近年来在追求高温超导氢化物方面取得了重大的实验突破，这些氢化物主要集中在两类，即以SH3为例的共价氢化物，以及以LaH10和CaH6为代表的络合物型氢化物。

这两类高温氢化物采用涉及氢分子解离的三维氢亚晶格，这需要兆巴压力条件，即100-200 GPa。对于络合物型金属氢化物，典型的H-H键长度约为1.1 Å，比氢分子长得多。人们普遍认为，高Tc超导性源于这些氢化物中金属氢亚晶格的费米面[N(EF)]附近态密度和电子-声子耦合（EPC）的增强。

最近的研究集中在寻找降低稳定压力的路径上，其中三元或多元氢化物引起了人们的广泛关注。

在此研究中，作者报道了在170-180 GPa左右的压力下成功合成新型氢化铋超导体C2/c-BiH4。它的结构由铋原子和细长的氢分子组成，在170 GPa下的H-H键长度为0.81 Å，使其成为典型的分子氢化物。输运测量揭示了在170 GPa下Tc高达91 K时出现超导性，这可以从电阻率急剧降至零和磁场下Tc的特征性向下偏移中得到证明。密度泛函理论（DFT）计算表明，中频H衍生声子和Bi原子的低频振动对于BiH4中的强电子-声子耦合都很重要，这使其与大多数高Tc超导氢化物不同。

这项研究工作不仅将C2/c-BiH4跻身于Tc最高的分子氢化物超导体之列，而且为设计和合成更多的高Tc氢化物超导体提供了新的方向。

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