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最近,吉林大学物理学院的钟鑫教授领导的研究团队在三元氢化物La-B-H的高压结构预测和实验研究方面实现了重大突破,其相关研究成果已发表在国际知名期刊《美国化学会志》上,为氢基高温超导材料的实用化研究提供了全新的研究方向。

高压氢基超导体因其卓越的物理特性,已成为全球超导领域研究的焦点。近年来,从H3S到LaH10等一系列新型材料的成功发现,不断拓展了高温超导研究的边界。然而,这些材料通常只能在极端的高压环境下保持稳定,这一特性极大地限制了它们在实际应用中的推广。鉴于此,如何在相对较低的压强条件下研发出新型高温超导氢化物,成为了该领域亟待解决的关键科学问题。而在此过程中,尝试在二元氢化物中引入第三种轻质元素,被视为实现这一突破性进展的关键策略和方向。

针对势能面复杂、研究难度极大的La–B–H体系,团队创新采用高压实验表征+机器学习加速晶体结构预测的协同策略,实现重大突破。实验中,团队在145-158 GPa压强下成功制备出热力学稳定的P21/m-LaB2H7相,同步辐射X射线衍射数据与理论模拟结果完全吻合,电输运测量确定该相为半导体。理论研究上,团队在100-200 GPa区间内,成功预测出6种全新稳定化合物,其中LaBH7和LaBH8超导临界温度(Tc)超100 K,具备优异的潜在高温超导性能。

在最近的一次采访中,钟鑫教授以生动的比喻描绘了高温超导材料的研究历程:“将探索高温超导材料的过程比作攀登科学高峰,过去人们普遍认为,只有通过极高压强才能实现这一突破。然而,我们团队巧妙地找到了一条更为低海拔的登顶之路,即在无需极端高压的条件下,成功实现了超导的稳定性。这一发现为高温超导体从实验室走向实际应用铺就了道路,成为可能。”

该研究成果对三元氢化物的结构稳定性及其超导机理进行了深入解析,为高临界温度氢基超导材料在中压条件下的研发提供了关键的理论和实验基础。该论文的第一作者是吉林大学物理学院的博士研究生刘爱玲,马传恒博士也作为共同第一作者参与了研究。此外,刘寒雨教授、刘广韬教授和钟鑫博士担任了该研究的通讯作者。此项研究得到了国家自然科学基金等多项项目的资助,为我国超导材料领域的研究与发展做出了重要贡献。

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