国科大苏刚团队在碳硫氢高压增强超导研究中取得新进展

 

       最近，有实验报道碳氢硫在267GPa的高压下会呈现出287K的室温超导电性，但材料的真实结构未知，也引起了一些争论。中国科学院大学苏刚研究团队，按照实验中的元素配比，经过大量的探索，理论上找到了一种新型C-S-H结构C2S2H4，计算发现该材料在64GPa时发生绝缘体到金属的转变，同时出现超导电性，但Tc较低。随着压强升高，超导转变温度Tc不断提高，最终在300GPa时达到16.5 K。此外，在C2S2H4结构基础上，该团队又设计了另外四种新的稳定超导材料： C2S3H4、C2SClH4、C2SPH4、C2SFH4，其中，C2S3H4中新加入的S原子打破了C2S2H4结构中的一个C-H键，导致H原子振动频率降低，从而增强了电声耦合强度，使该材料在300 GPa时Tc可提升至47.4 K。该工作表明在C-S-H体系中，C和S的比例低于1时有助于提升Tc。该研究对于揭示目前实验报道的C-S-H高压室温超导的真实结构具有重要启示，对未来探索高温乃至室温超导也具有一定的指导作用。

       该项工作的第一作者是国科大博士生廖正伟。相关成果近期发表在期刊Physical Review B (Letter)上，也得到了科技部、基金委和中科院等的基金支持。

       更多详情请参阅原文：https://doi.org/10.1103/PhysRevB.105.L020510

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(a) C2S2H4的晶格结构。(b) C2S2H4的布里渊区。

(c) C2S2H4的晶格常数随压强变化，64GPa时发生绝缘体-金属转变。

(d) C2S2H4的超导转变温度随压强变化，在绝缘体-金属转变点64GPa出现超导电性。

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(a) C2SClH4的晶格结构。(b) C2SPH4的晶格结构。

(c) C2SFH4的晶格结构。(d) C2S3H4的晶格结构。

(e) 300 GPa下，C2S3H4的声子谱、声子态密度、Eliashberg谱函数  及电声耦合系数  。