近一個世紀以來,室溫超導一直是極具挑戰(zhàn)性的前沿研究課題。根據(jù)傳統(tǒng)超導體的BCS理論,材料的德拜溫度與質(zhì)量的平方根成反比,因此理論預(yù)言固態(tài)氫轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘賾B(tài)后將成為高溫超導體甚至室溫超導體。壓力是實現(xiàn)金屬氫的最有效途徑,但是目前實驗壓力已經(jīng)達到495 GPa左右,仍然沒有獲得氫金屬化的直接證據(jù),需要更高的實驗壓力進一步研究,但是實驗上500 GPa以上超高壓力的實現(xiàn)以及相應(yīng)的表征技術(shù)都具有很大的挑戰(zhàn)。直到2004年Ashcroft提出將較大體積的非氫原子引入氫的晶格中形成富氫化合物,由于化學預(yù)壓的作用,富氫材料比純氫更容易金屬化,是潛在的高溫超導體。2014年,本課題組原創(chuàng)性的預(yù)測H₃S在高壓下的T_c突破200 K,打破了銅基氧化物所保持的超導記錄,后被德國、日本及本課題組的高壓實驗所證實,這一研究工作引領(lǐng)了富氫化合物的新一輪研究熱潮。最近,高壓下合成的新型富氫化合物LaH₁₀再一次獲得創(chuàng)紀錄的超導轉(zhuǎn)變溫度250 K,開創(chuàng)了超導的新紀元,因此富氫化合物成為室溫超導體的最佳候選體系。理論預(yù)測結(jié)果表明鑭氫化物具有獨特的H籠構(gòu)型,而... 

【文章來源】：吉林大學吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

【部分圖文】：

依托高壓裝置而發(fā)展的超導性質(zhì)

吉林大學博士學位論文2圖1.1依托高壓裝置而發(fā)展的超導性質(zhì)1.2金屬氫的研究現(xiàn)狀及意義圖1.2氫的高壓相圖及金屬化區(qū)域氫是質(zhì)量最小的元素，在宇宙中分布十分廣泛。我們所熟知的自然界中較低壓較力下的氫是絕緣分子相。早在1935年Wigner和Huntington就通過理論預(yù)測表明足夠的壓力會引起分子氫向原子氫的過渡最終實現(xiàn)氫的金屬化[9]。根據(jù)Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）[10]理論臨界溫度的表達式可知，決定超導轉(zhuǎn)

吉林大學博士學位論文4GPa觀察到了氫的反射率達到0.91[27]，然而這一結(jié)果仍具有很大的爭議需要重復驗證。盡管實驗上實現(xiàn)這么高的壓力還具有很大的難度，同時此壓力下對氫的探測也具有很大的挑戰(zhàn)，但在天體的核心處就具有這樣量級的壓力，木星的很大一部分可能是由液態(tài)金屬氫形成的[28]。實驗上關(guān)于純氫超導性的實驗探究仍在繼續(xù)，金屬氫是否具有高超導轉(zhuǎn)變溫度Tc的確認仍在進行中。除了超導方面的優(yōu)異性能，金屬氫也是極好的含能材料，能量密度相當于相同質(zhì)量TNT的50倍，是重要的能源材料。目前依然有許多學者致力于金屬氫的獲得和其性質(zhì)的探測。1.3富氫化合物的研究意義富氫化合物在高壓下具有豐富的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，是物理學、材料科學及超導界共同關(guān)注的前沿方向。富氫化合物是潛在的高溫超導體的觀點可以追溯到2004年NeilAshcroft提出的化學預(yù)壓的方法[29]，該方法通過非氫原子對氫亞晶格產(chǎn)生的二次壓縮作用降低了金屬氫的實現(xiàn)壓力。因此在對金屬氫的高溫超導電性的探究難度如此之大的情況下，大多數(shù)研究人員將研究方向轉(zhuǎn)向了富氫化合物的合成與性質(zhì)探究。圖1.3元素周期表中元素與氫形成二元氫化物的超導理論預(yù)測情況[30]首先吸引人們目光的是自然界中存在的IVA，VA，VIA以及VIIA族非金屬元素與氫形成的滿殼層氫化物，理論預(yù)測表明許多氫化物都具有超導性，例如研究最多的SiH4[31]，但實際合成理論預(yù)測的高壓結(jié)構(gòu)時遇到了挑戰(zhàn)性，只在少數(shù)預(yù)測的氫化物能夠被合成并探測了其超導性質(zhì)，例如H-S體系[6,32,33]和P-H體

【參考文獻】：
期刊論文
[1]High-temperature superconductivity in sulfur hydride evidenced by alternating-current magnetic susceptibility[J]. Xiaoli Huang,Xin Wang,Defang Duan,Bertil Sundqvist,Xin Li,Yanping Huang,Hongyu Yu,Fangfei Li,Qiang Zhou,Bingbing Liu,Tian Cui.  National Science Review. 2019(04)
[2]Hard X-ray micro-focusing beamline at SSRF[J]. 張麗麗,閆帥,蔣升,楊科,王華,何上明,梁東旭,張玲,何燕,蘭旭穎,毛成文,王娟,蔣暉,鄭怡,董朝暉,曾樂勇,李愛國.  Nuclear Science and Techniques. 2015(06)
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本文編號：3278113