中国东北师范大学和西班牙巴斯克大学研究人员最近进行了一项研究，研究了电气化的超导转变。研究人员观察到，由第一性原理群结构计算确定的压力诱导的稳定Li6P可以成为具有相当高的超导转变温度的超导体。开展这项研究的两名研究人员埃托尔·贝尔加拉(Aitor Bergara)和杨国春说：考虑到超导材料的广泛潜在应用，理解高温超导体是凝聚态物理学中的一个关键科学挑战。带电化合物是一种离子化合物，其中大多数电子位于晶体的间隙区，其行为类似于阴离子。
博科园-科学科普：由于它们的结构特点，这些化合物具有有趣的物理性质。例如，可以通过调整它们的化学成分或外部条件(如压力)，有效地调整它们间隙电子的大小和分布。总的来说是电子化合物很差的超导体，例如，在实验中观察到的典型带电电子化合物[Ca24Al28O64]4+ (4e-)4的超导转变温度为~0.4 K。另一方面，现在众所周知，在高压下，碱金属很容易失去它们的外层轨道电子而形成电。有趣的是，压力诱导锂(Li)电气化是金属的，
左边图像显示了Li6P化合物的原子结构，右边绘制了电子电荷密度，在这里可以看到红色的间隙处的电子定位。图片：Zhao et al
此外，磷(P)具有中等电负性，因此它们可以在富含Li-P的化合物中捕获一些电子，而剩余的电子可能留在间隙区。因此，正如预测的那样，通过改变Li和P的比例，可以调整间隙电子的形态，从而获得具有新电子性质的化合物。例如，根据计算，Li 6p电气化体的超导转变温度预计为39.3 K，打破了电气化体的现有记录。根据基本原理(仅根据其组成)预测材料原子结构是一项极具挑战性的任务。它通常需要对多维能量表面晶格上的大量能量极小值进行分类。近年来，研究人员引入了几种计算方法来加速这一过程，其中一种被称为CALYPSO。
在研究中，使用了在吉林大学同事开发的Calypso程序，该程序实现了粒子群优化算法来确定首选晶体结构，只固定Li:P比值和压力作为唯一的初始输入。一旦确定了最稳定结构，就对物理性质进行了表征。例如，已经在麦克米伦-艾伦-戴恩斯近似下探索了它们的超导特性。在研究中，一个压力诱导的稳定Li6P带电体可以成为一个超导体，预测超导转变温度为39.3K；这是迄今为止已知电气化的最高预测。发现这种化合物的间隙电子，以哑铃状的带电态连接，在超导跃迁中起主导作用。
该研究预测不仅打破了电气化中超导转变温度的记录，而且使我们对这些材料有了更好的了解。根据研究人员的预测，其他富含li的磷化物，如Li5P、Li11P2、Li15P2和Li8P，也可能是超导带电体，但它们的Tc预计会更低。研究人员相信超导电学的研究才刚刚开始，还有很多东西需要探索，例如，分析新型带电化合物的超导机理，特别是在高压下。正如这篇论文中所展示的，设计这种超导材料的一个有效方法是探索在弱电负性和强电正性元素之间形成的金属带电化合物。
博科园-科学科普｜研究/来自: Copyright Science X Network/Ingrid Fadelli/Phys
参考期刊文献:《物理评论快报》,《物理评论B》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.097002
DOI: 10.1103/PhysRevB.82.094116
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