近日，吉林大學(xué)物理學(xué)院馬琰銘院士團(tuán)隊(duì)在高壓氫基超導(dǎo)體研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果以“Hydrogen-Vacancy-Induced Stable Superconducting Niobium Hydride at High Pressure”為題，于2025年3月21日發(fā)表于《Journal of the American Chemical Society》。
 

　　近年來，高壓條件下的氫基高溫超導(dǎo)體研究取得了一系列突破性進(jìn)展。科學(xué)家們相繼在La-H、Y-H和Ca-H體系中發(fā)現(xiàn)了臨界溫度超過200K的高溫超導(dǎo)體。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，富氫化合物高溫超導(dǎo)電性的產(chǎn)生與氫主導(dǎo)的費(fèi)米面電子態(tài)密度及強(qiáng)電聲子耦合密切相關(guān)。深入解析氫元素的行為對于理解氫化物的物理機(jī)制及進(jìn)一步調(diào)控其超導(dǎo)溫度具有關(guān)鍵意義。然而，在超高壓條件下，氫元素信息(如含量)的實(shí)驗(yàn)確定仍面臨巨大挑戰(zhàn)。目前，相關(guān)研究普遍基于理想化學(xué)計量比的晶體模型進(jìn)行分析，忽略了氫缺陷對氫化物穩(wěn)定性和超導(dǎo)電性的重要影響。
 

　　該研究在高壓極端條件下成功合成了非化學(xué)計量比的超導(dǎo)相NbH4-δ，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)表征和理論模擬，首次在高壓下Nb-H體系中獲得了氫空位存在的確切證據(jù)。分析表明，氫空位以及其引發(fā)的構(gòu)形熵等效應(yīng)在穩(wěn)定該氫化物方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。該研究為探索高壓下非化學(xué)計量超導(dǎo)氫化物的氫空位、穩(wěn)定性和超導(dǎo)電性提供了獨(dú)特的平臺，并為在實(shí)驗(yàn)可及壓強(qiáng)范圍內(nèi)尋找穩(wěn)定的氫基高溫超導(dǎo)體開辟了新的研究方向。
 

圖1. 非化學(xué)計量比NbH4-δ的壓縮狀態(tài)方程和晶體結(jié)構(gòu)示意圖。
 

　　吉林大學(xué)物理學(xué)院博士研究生馬傳恒和馬原為本文的共同第一作者。通訊作者為物理學(xué)院劉廣韜教授、劉寒雨教授和馬琰銘院士。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。