计算机模拟发现氢化镧在接近室温的超导高压下



日本物质材料研究机构、东北大学、东京大学和理化学研究所等组成的国际研究小组通过计算机模拟发现,氢化镧(LaH10)在接近室温(-23℃)的超导高压下,通过原子核的量子波动作用在广泛压力区域,成为稳定存在的“量子固体”。这一发现表明,通过含有大量氢气的富氢化合物,可在比预想低得多的压力下实现高温超导和室温超导。

超导材料由于具有零电阻,输电无能量损失,有望解决环境能源问题而备受关注。实现室温超导是人类的梦想,长期以来进行了很多研究。2019年曾报告在130—220GPa高压下,具有立方晶结构的LaH10在绝对温度250K(-23℃)接近室温超导,刷新了超导转移温度的最高纪录,并能在此宽压范围稳定存在。但目前为止,理论计算预测稳定这个结构需要至少230GPa或更高压力,为何立方晶结构稳定会比理论预测的低100GPa压力备受关注。

研究小组注意到,迄今为止理论计算忽略了原子核量子波动。他们利用加入了原子核量子波动效果的计算机模拟,结果发现在高压下氢化镧的氢原子核量子波动极大,立方晶结构LaH10由于量子波动效果,在广泛压力领域呈稳定的“量子固体”状态。另外,通过新的计算,他们还对实验中得到的包括压力依赖性的超导转移温度进行了精确描述。

由于原子核的量子波动是多数物质常见的普遍现象,研究小组希望发现其他富氢化合物替代氢化镧。利用加入量子波动的模拟方法,提高了预测类似替代物质的组成和结构的理论精度。通过理论预测室温超导物质,有助于寻找更合适的目标材料。

研究成果发表在最近的《自然》网站。




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