【材料】燕山大学田永君院士课题组高国英教授、王霖教授JACS：非笼型氢化物LaB2H8的合成和超导电性研究- 大数跨境

【材料】燕山大学田永君院士课题组高国英教授、王霖教授JACS：非笼型氢化物LaB2H8的合成和超导电性研究

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2024-06-02

导读：燕山大学田永君院士课题组高国英、王霖教授等通过在二元La-H体系中引入非金属元素B，在高温高压条件下成功合成了新型的镧硼氢三元超导体LaB2H8，其拥有优异的超导性质，稳定性以及独特的非笼型结构。

自上世纪初发现超导现象以来，寻找高温超导材料一直是人们不断追求的目标。近年来，氢基超导体的理论和实验研究被广泛开展。在2014年，研究者发现H₃S在高压下的超导转变温度(T_c)可达到203 K，打破此前铜氧化物保持的纪录。随后，2019年，美国和德国的两个研究组分别独立报道了LaH₁₀具有高达250-260 K的接近室温的T_c，再一次刷新记录。然而，拥有高T_c的富氢化合物都必须要超过百万大气压的超高压条件才能稳定，这极大的限制了此类超导材料的应用，能否制备出同时拥有高T_c和在较低压力下稳定的氢化物，是目前氢化物超导材料研究的重要挑战之一。

燕山大学田永君院士课题组高国英、王霖教授等通过在二元La-H体系中引入非金属元素B，在高温高压条件下成功合成了新型的镧硼氢三元超导体LaB₂H₈，其拥有优异的超导性质，稳定性以及独特的非笼型结构。相关工作在线发表于Journal of the American Chemical Society 上。

图1. 三元新型氢化物LaB₂H₈的结构和超导电性研究。(a) LaB₂H₈以及B₂H₈单元的结构示意图；(b) 样品的高压原位同步辐射XRD衍射测量结果；(c) 样品的T_c随压力变化的趋势，插图为T_c的标定方法。(d) 样品在不同磁场下的电输运测量结果。

研究团队以金属镧、纳米硼粉和氨硼烷为前驱物，利用金刚石对顶砧和原位激光加热装置在150 GPa和2000 K的条件下成功合成了一种三元新型超导氢化物。高压原位电输运实验测得该化合物在90 GPa时具有106 K的高温超导电性，通过施加0-13 T的外部磁场，进一步验证了超导电性的存在，并且通过WHH模型拟合得到合成后样品的上临界磁场高达34 T。结合理论计算与实验测量结果，确定了该超导相为I4/mmm LaB₂H₈，高压原位同步辐射XRD测量结果则表明该相最低可稳定至59 GPa。进一步的理论研究表明，该相与传统的高温超导氢化物不同，其结构中B原子与相近的B、H原子通过强共价键结合构成了B₂H₈单元，形成了独特的非笼型结构富氢化合物。这些发现表明通过加入非金属元素可以成功的改变二元金属氢化物的晶体结构和化学键，为探索其他可能在较低甚至环境压力下具有高T_c的多元氢化物提供了新的策略。

该研究成果的第一作者为燕山大学宋晓旭博士和郝晓宽博士，通讯作者为燕山大学高国英教授和王霖教授。该工作得到了国家自然基金委项目、国家重点研发项目、河北省自然科学基金项目、上海光源同步辐射BL15U1线站的大力支持。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Superconductivity above 105 K in Nonclathrate Ternary Lanthanum Borohydride below Megabar Pressure

Xiaoxu Song, Xiaokuan Hao, Xudong Wei, Xin-Ling He, Hanyu Liu, Liang Ma, Guangtao Liu, Hongbo Wang, Jingyu Niu, Shaojie Wang, Yanpeng Qi, Zhongyuan Liu, Wentao Hu, Bo Xu, Lin Wang,* Guoying Gao,* and Yongjun Tian

J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 13797–13804, DOI: 10.1021/jacs.3c14205

作者简介

王霖教授，燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室教授，博士生导师，先后入选国家级人才奖励计划和高层次引进人才计划。多年来一直从事材料高压结构相变和物性研究，在高压相结构、高压超导电性、压致变色机制和超高压加载实验技术等方面取得了系统性的创新成果。在Rev. Mod. Phys.、Science、Nature、Nat. Electron. Nat. Commun.、Phys. Rev. Lett.、PNAS、Adv. Mater.等刊物发表SCI论文170篇，被引用5800余次。是国家自然科学基金基础科学中心项目的PI之一。

高国英教授，国家优秀青年科学基金获得者。2011年在吉林大学获得博士学位，随后分别于美国康奈尔大学和和莱斯大学从事博士后研究。主要研究方向为亚稳材料的设计及合成，设计出多种高超导转变温度的富氢超导体、直接带隙半导体材料、高热导材料、超硬材料，并成功制备出立方碳化硅超硬材料和镧硼氢超导材料等。在PRL、PNAS、JACS、Small、Sci. China Mater.等刊物发表论文80余篇，SCI总引3300余次。

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