IT之家 12 月 20 日消息，經(jīng)過(guò)對(duì)二元高溫超導(dǎo)氫化物長(zhǎng)達(dá)十年的研究之后，科學(xué)家們將探索室溫超導(dǎo)體的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向了具有更廣泛構(gòu)象空間的三元?dú)浠铩?/p>
由吉林大學(xué)物理學(xué)院的材料模擬方法與軟件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和超硬材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以及寧波大學(xué)物理科學(xué)技術(shù)學(xué)院高壓物理研究所的研究人員合作完成的一項(xiàng)研究取得了重要進(jìn)展。
研究人員開(kāi)發(fā)了一種高效的高通量篩選方法，該方法結(jié)合了深入的材料科學(xué)知識(shí)和一個(gè)自建數(shù)據(jù)庫(kù)。這種方法專(zhuān)注于籠狀結(jié)構(gòu)的三元?dú)浠铮驗(yàn)檫@些結(jié)構(gòu)已被證明能容納最高的臨界溫度（Tc）。
通過(guò)使用可靠的經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì) Tc，研究團(tuán)隊(duì)能夠高效地篩選出穩(wěn)健的候選物質(zhì)，并預(yù)測(cè)其超導(dǎo)性能。這種方法使得他們能夠識(shí)別出一系列具有接近或超過(guò)室溫 Tc 的復(fù)雜多氫籠型三元?dú)浠?，而這些材料是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)搜索方法無(wú)法發(fā)現(xiàn)的。
本研究確立了一個(gè)新的范式，即利用高通量計(jì)算加速并促進(jìn)有希望的室溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。這種新方法對(duì)于前所未有的復(fù)雜籠狀氫化物尤其有效，為未來(lái)的超導(dǎo)材料探索開(kāi)辟了新途徑。
此外，文章還探討了金屬氫作為室溫超導(dǎo)體的可能性。具體來(lái)說(shuō)，在方法論方面，研究團(tuán)隊(duì)采用了密度泛函理論（DFT）進(jìn)行計(jì)算，運(yùn)用 VASP 代碼配合 PAW 贗勢(shì)和 PBE 交換相關(guān)功能，以確保計(jì)算的效率和精度。針對(duì)電子-聲子相互作用及超導(dǎo) Tc 的計(jì)算，則采用 Quantum Espresso 軟件包。為了高效評(píng)估和預(yù)測(cè)籠狀氫化物的熱力學(xué)穩(wěn)定性，研究引入了一個(gè)匹配因子（ρ），該因子基于金屬原子與氫籠的相對(duì)大小。這個(gè)因子幫助極大地減少了需要進(jìn)一步詳細(xì)計(jì)算的氫化物數(shù)量，提高了篩選過(guò)程的效率。最終，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一系列在 200GPa 下熱力學(xué)穩(wěn)定的復(fù)雜三元籠狀氫化物，如 Ca3 (Li, Mg) H23、Sr3 (Li, Mg, Ca, Sc, Y) H23 等。一些這類(lèi)化合物顯示出在 350GPa 時(shí) Tc 可達(dá)約 300K 左右，這表明它們是很有潛力的室溫超導(dǎo)體候選材料。這項(xiàng)工作不僅展示了高通量計(jì)算方法在新材料發(fā)現(xiàn)中的強(qiáng)大應(yīng)用，也為未來(lái)高溫超導(dǎo)材料的研究提供了重要的指導(dǎo)方向。
IT之家附論文地址：
https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.13431
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