IT之家 12 月 20 日消息，經(jīng)過對二元高溫超導(dǎo)氫化物長達(dá)十年的研究之后，科學(xué)家們將探索室溫超導(dǎo)體的焦點轉(zhuǎn)向了具有更廣泛構(gòu)象空間的三元氫化物。
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實驗室和超硬材料國家重點實驗室，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研究取得了重要進(jìn)展。
研究人員開發(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)知識和一個自建數(shù)據(jù)庫。這種方法專注于籠狀結(jié)構(gòu)的三元氫化物，因為這些結(jié)構(gòu)已被證明能容納最高的臨界溫度（Tc）。
通過使用可靠的經(jīng)驗公式估計 Tc，研究團(tuán)隊能夠高效地篩選出穩(wěn)健的候選物質(zhì)，并預(yù)測其超導(dǎo)性能。這種方法使得他們能夠識別出一系列具有接近或超過室溫 Tc 的復(fù)雜多氫籠型三元氫化物，而這些材料是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)搜索方法無法發(fā)現(xiàn)的。
本研究確立了一個新的范式，即利用高通量計算加速并促進(jìn)有希望的室溫超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。這種新方法對于前所未有的復(fù)雜籠狀氫化物尤其有效，為未來的超導(dǎo)材料探索開辟了新途徑。
此外，文章還探討了金屬氫作為室溫超導(dǎo)體的可能性。具體來說，在方法論方面，研究團(tuán)隊采用了密度泛函理論（DFT）進(jìn)行計算，運用 VASP 代碼配合 PAW 贗勢和 PBE 交換相關(guān)功能，以確保計算的效率和精度。針對電子-聲子相互作用及超導(dǎo) Tc 的計算，則采用 Quantum Espresso 軟件包。為了高效評估和預(yù)測籠狀氫化物的熱力學(xué)穩(wěn)定性，研究引入了一個匹配因子（ρ），該因子基于金屬原子與氫籠的相對大小。這個因子幫助極大地減少了需要進(jìn)一步詳細(xì)計算的氫化物數(shù)量，提高了篩選過程的效率。最終，研究團(tuán)隊發(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。一些這類化合物顯示出在 350GPa 時 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。這項工作不僅展示了高通量計算方法在新材料發(fā)現(xiàn)中的強(qiáng)大應(yīng)用，也為未來高溫超導(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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