新型高溫低壓超導材料探索和超導機理研究取得進展

2020-11-26 騰訊網

近日，中國科學院深圳先進技術研究院材料所光子信息與能源材料研究中心在新型高溫低壓超導材料研究領域獲新進展。理論預言指出鈹摻雜的甲烷分子在低壓下是一種金屬並且具有超導電性，基於大量的計算數據揭示了鈹摻雜的甲烷分子的超導電性規律。相關成果以Metallization and superconductivity in methane doped by beryllium at low pressure（《低壓下鈹摻雜甲烷的金屬化和超導性》）為題發表在期刊Physical Chemistry Chemical Physics（2019，DOI：10.1039/C9CP06008A）上。

甲烷(CH4)作為最簡單的有機材料之一，在超導體的研究中具有巨大的潛力。甲烷是由非常輕的元素組成的，根據BCS理論，如果它能轉化成金屬，將是一種潛在的高溫超導體。然而，純CH4在常壓下是氣體，且為寬帶隙半導體，即使對其加壓到500萬個大氣壓，理論預測其仍不是金屬態。這表明通過簡單的加壓使純CH4轉變為金屬面臨巨大的挑戰。

為解決上述問題，深圳先進院博士鍾國華與其合作者基於粒子群優化、密度泛函理論和密度泛函微擾理論，提出了一種實現絕緣體到金屬轉變的新思路，即通過在甲烷分子中摻雜金屬鈹。研究人員考慮了鈹摻雜甲烷分子的晶體結構、電子態和動力學性質以及電子-聲子相互作用。結果顯示，具有P-1空間群結構的BeCH4在常壓下就可以轉變為金屬態，並發生超導轉變，隨著壓力的增加最高超導臨界溫度可以提高近30K。這說明電子摻雜的CH4有希望成為一種兼具低壓和高臨界溫度的新型超導體。相關研究結果系統地揭示了這種新型超導體在不同壓強下空間結構、金屬環和超導電性的變化規律，對於探索新型高溫低壓超導體具有重要的指導意義。

該研究得到深圳市基礎研究布局項目、孔雀計劃、國家自然科學基金委聯合基金和中國工程物理研究院項目等的資助。

預測的不同相BeCH4的超導臨界溫度Tc隨壓強的變化

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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