吉林大学、宁波大学合作发表通过高通量筛选揭示近室温超导新材料研究成果

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12 月 20 日消息，经过对二元高温超导氢化物长达十年的研究之后，科学家们将探索室温超导体的焦点转向了具有更广泛构象空间的三元氢化物。

由吉林大学物理学院的材料模拟方法与软件教育部重点实验室和超硬材料国家重点实验室，以及宁波大学物理科学技术学院高压物理研究所的研究人员合作完成的一项研究取得了重要进展。

研究人员开发了一种高效的高通量筛选方法，该方法结合了深入的材料科学知识和一个自建数据库。这种方法专注于笼状结构的三元氢化物，因为这些结构已被证明能容纳最高的临界温度（Tc）。

通过使用可靠的经验公式估计 Tc，研究团队能够高效地筛选出稳健的候选物质，并预测其超导性能。这种方法使得他们能够识别出一系列具有接近或超过室温 Tc 的复杂多氢笼型三元氢化物，而这些材料是传统结构搜索方法无法发现的。

本研究确立了一个新的范式，即利用高通量计算加速并促进有希望的室温超导体的发现。这种新方法对于前所未有的复杂笼状氢化物尤其有效，为未来的超导材料探索开辟了新途径。

此外，文章还探讨了金属氢作为室温超导体的可能性。具体来说，在方法论方面，研究团队采用了密度泛函理论（DFT）进行计算，运用 VASP 代码配合 PAW 赝势和 PBE 交换相关功能，以确保计算的效率和精度。针对电子-声子相互作用及超导 Tc 的计算，则采用 Quantum Espresso 软件包。为了高效评估和预测笼状氢化物的热力学稳定性，研究引入了一个匹配因子（ρ），该因子基于金属原子与氢笼的相对大小。这个因子帮助极大地减少了需要进一步详细计算的氢化物数量，提高了筛选过程的效率。最终，研究团队发现了一系列在 200GPa 下热力学稳定的复杂三元笼状氢化物，如 Ca3 (Li, Mg) H23、Sr3 (Li, Mg, Ca, Sc, Y) H23 等。一些这类化合物显示出在 350GPa 时 Tc 可达约 300K 左右，这表明它们是很有潜力的室温超导体候选材料。这项工作不仅展示了高通量计算方法在新材料发现中的强大应用，也为未来高温超导材料的研究提供了重要的指导方向。

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• https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.13431