Liu等预测的LaHx高温超导体晶体结构

Grockowiak等在arxiv上发表论文，他们合成的“镧超氢化合物”的初始超导转变温度为294 K，并通过其后升温过程引发的化学反应使超导转变温度推进到556 K。

近年来，室温超导体研究的快速进展主要得益于理论预测和结构预测方法的发展。Ashcroft在1968年提出，原子金属氢在足够高的密度下可以是具有非常高转变温度的BCS超导体。

鉴于所需要的超高压的问题，Carlsson和Ashcroft在1983年提出两种可能的途径来降低所需要的压力以获得固态氢的绝缘体-金属转变；其一是通过激光或同步辐射使氢绝缘相的电子空穴对产生负压，其一是通过掺杂来降低向金属相转变所需要克服的势垒。这一预测推动了Eremets等在2003年所做的锂、硼、氮、氢以及十硼烷（B10H14）在兆巴压力下的超导性能的研究。

同时的工作，Ashcroft提出“化学预压缩”的概念 -- 相对于纯氢，在高密度结构中（如IVa族氢化物）的H2氢分子可以在低得多的压力下分离。在理论上理解高密度氢超导机制的同时（Tanaka 2017， Errea 2020， Heil 2019，Quan 2019， Liu 2019， Wang 2019， Flores-Livas 2019），晶体结构预测方法的进展开始为实验指出可能的BCS高温超导体目标（Zurek 2015， Wang 2014， Zhang 2017， Needs 2016， Oganov 2019， Semenok 2018）。

这些工作导致了对H-S系统高温超导的理论预测（Li 2014， Duan 2014），以及独立的实验发现（Drozdov 2015）。随后的计算研究（Liu 2017， Peng 2017）指导了超导转变温度接近室温的新的氢化物的实验发现，其中LaH10的临界温度高于260 K（Hemley 2019， Somayazulu 2019， Drozdov 2019），YH6/YH9的临界温度在227 - 243 K之间（Troyan 2019， Kong 2019）。

当前的计算预测包括：金属氢原子晶体在500 GPa下其超导转变温度接近室温，当压力超过3 TPa时Tc将提高到420 K（McMahon 2012）；氢在相近的温度和压力条件下可以是超导的超流体（Babaev 2004）；在兆巴压力下，二元氢化物体系的最大超导转变温度接近室温（Flores-Livas 2019）；在250 GPa压力下Li2MgH16的超导转变温度为473 K（Sun 2019）。

Liu等预测的LaHx高温超导体晶体结构

在Grockowiak等的这一工作中（arxiv:2006.03004v1），镧与氨硼烷（NH3BH3）在金刚石对顶砧中通过激光加热分别于160 GPa和120 GPa下实现了LaH10和LaH6的合成。其中的LaH10样品在第一次从300 K到230 K的冷却过程中，在294 K有显著的电阻下降现象。在零磁场条件下，随后的连续的热循环使起始转变温度从294 K推进到了357 K。在磁场强度为0、2、10、16特斯拉的条件下，从290 K到370 K的热循环均显示出迟滞迴线特征，升温过程中的转变温度低于降温过程的转变温度，这或者表明转变过程的一阶属性或者表明样品在热循环过程中仍在发生持续的合成。随着最高温度的逐渐提高，连续热循环最终使转变温度提高到了560 K。转变温度随热循环最高温度增加而提高表明，材料的化学状态仍处于不断演化之中。Grockowiak等目前得到的是一块在非常高的温度下具有零电阻的材料。

Figure 1： Image of the sample and electrodes in cells B002 （left） and B003 （right） taken through theDACwith back-illumination. The lettersindicate electrode pairs， outlined in grey.

Figure 2： 4-probe resistance measurements for the samples in cells B002 and B003. Left： Results obtained using a first set of electrodes for B002. Right： Comparison of B002 and B003.

Figure 3： Temperature dependence of resistance R（T） for cell B002 after the initial laser synthesis showing the 294 K temperature transition.

Figure 4：a） Top ： temperature dependence of resistance R（T） for B002 on successive cool downs and warmups at four different fixed applied magnetic fields， 0， 2， 10 and 16 T in a QD PPMS， using a current of 0.6 μA at 17 Hz between 290 and 370 K at 0.2 K/min with a thermalization time of 30 min at 290 K before warming up.

b） Bottom ： evolution of T1， T2， and T3， at various magnetic elds， and corresponding ts to the points.

Figure 5： R（T） at 0 T showing the evolution of the superconducting transition with successive thermal cycles （cell B002）。

Figure 6： B002 R（T） showing cool down traces in staticmagnetic fields of 40 T， 33 T， 20 T and 0 T measured in that order.

从1986年Bednorz和Maijller的Ba-La-Cu-O系40 K超导体到1994年朱经武、毛河光等的164 K Hg-Ba-Ca-Cu-O超导体，铜酸盐系超导材料的研究曾经历了科学发现和工程应用的大爆发。可以预见，氢基超导材料也将有广阔的前景。“热”超导体也许就在门外。
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