深圳先進院等在超導物理領域取得重要進展
2015年，Nature刊文報道在硫化氫中發現了超過200K的超導轉變溫度，2018年LaH10創造了260K的超導臨界溫度記錄。隨后，理論研究預測，不同于含有S-H極性共價鍵的硫化氫，在含有氫團簇的金屬氫化物中同樣可以實現超過200K的超導轉變，甚至是室溫超導現象。盡管氫化物已經成為實現室溫超導的最有前景的材料之一，但是在真正含有4f或5f電子的稀土金屬氫化物中，還沒有觀察到近室溫的超導現象，尤其是其復雜的電子結構和強關聯效應鮮有研究。
聚焦上述問題，中國科學院深圳先進技術研究院光子信息與能源材料研究中心鐘國華研究員團隊與哈爾濱工業大學（深圳）、煙臺大學合作聚焦含有4f電子的稀土金屬鋱（Tb），探索不同化學比例的氫化鋱成為室溫超導體的可能性。相關研究成果以Cage Structure and Near Room-Temperature Superconductivity in TbHn (n = 1-12)為題發表在期刊Journal of Physical Chemistry C（《物理化學雜志C》））上。
研究團隊基于高通量計算、第一性原理材料設計，發現TbHn（n=1~12）系統能在0~350GPa的壓強范圍內實現超導轉變。結果顯示，在由Tb和H形成的二元稀土氫化物中，具有TbH4, TbH5, TbH6, TbH9, TbH10, TbH12等一系列化學配比的系統中氫原子結合成了籠型結構，并展現出了高溫超導電性，預示著籠狀結構對提高超導轉變溫度有著重要的意義。尤其是，TbH10結構相在250GPa的壓強下，實現了約280K的超導轉變，成為稀土金屬氫化物中真正含有4f電子的近室溫超導體。該研究還深入討論了4f電子在壓力下的強關聯效應，以及4f電子對電聲相互作用的貢獻，指出該高溫超導體的超導機制來源于4f電子態在高壓下的局域-巡游轉變和其在氫原子子晶格中運動導致的共振耦合。
深圳先進院碩士生海玉龍是論文第一作者，鐘國華研究員是共同通訊作者。該研究得到國家自然科學基金和深圳市基礎研究布局等項目的資助支持。
圖：TbH10-Fm3m晶體結構及Tb-H化合物超導轉變溫度（左）和TbH10-Fm3m聲子譜、聲子態密度、 Eliashberg 譜函數α2F (ω)和電聲耦合強度積分（右）
