二元超导体，认识一下你的三元表亲

来源：物理研究更新作者：大锅天眼
超导是一种奇妙的物理现象，当材料的温度降低到一定值时，它们的电阻会突然消失，从而可以无限制地传输电流。超导材料还可以排斥外部磁场，形成梅斯纳效应（Meissner effect），使得超导体可以悬浮在磁场上。超导对于科学和技术有着广泛的应用，例如核磁共振、磁悬浮列车、粒子加速器等。然而，目前已知的大多数超导材料都需要在极低的温度下才能表现出超导性，这给实验和工程带来了很大的困难和成本。因此，寻找高温超导材料，即在常压或者较低压力下能够在室温表现出超导性的材料，是物理学中的一个重要目标。近年来，研究人员发现了一类具有高温超导性质的材料——超氢化物。这些材料是由金属和氢组成的化合物，在高压下可以形成不同的晶体结构，并且具有很高的临界温度Tc。例如，2015年，Drozdov等人报道了H₃S这种二元超氢化物，在203GPa的压力下具有203K的临界温度。2019年，Somayazulu等人报道了LaH₁₀这种二元超氢化物，在170 GPa的压力下具有260 K的临界温度。2020年，Snider等人报道了C-S-H这种三元超氢化物，在267GPa的压力下具有287.7 K的临界温度。这些发现表明，超氢化物是一类非常有前景的高温超导材料。然而，它们也存在一些问题和挑战。首先，它们需要很高的压力才能合成和稳定，这限制了它们在实际应用中的可行性。其次，它们的晶体结构往往难以确定，因为在高压下进行X射线衍射或者中子衍射等结构分析方法非常困难。因此，很多时候，研究人员只能依靠理论计算来预测和推测超氢化物的晶体结构，而缺乏实验上的证据。这就导致了一些争议和不确定性，例如，C-S-H的晶体结构目前还没有被实验确定，而不同的理论模型给出了不同的结构和临界温度。为了解决这些问题，研究人员开始从二元超氢化物转向三元超氢化物，希望在更低的压力下合成具有更高临界温度的超氢化物，并且能够确定它们的晶体结构。三元超氢化物具有更多的材料类型和结构配置，可以提供更多的优化空间和可能性。然而，目前还没有报道过一种具有解析晶体结构的三元超导超氢化物。最近研究人员报道了一种新的三元超氢化物LaBeH₈，它在80 GPa的压力下具有110 K的高温超导性，并且其晶体结构已经被确定。研究人员使用金刚石压砧（DAC）对LaH₃和BeH₂进行高压合成，得到了LaBeH₈。DAC是一种常用的高压实验装置，它可以利用两个对称的金刚石作为压砧，对样品施加高达几百GPa的压力。

研究人员使用X射线衍射对LaBeH₈进行了晶体结构分析，发现它具有岩盐型结构，即由La和BeH₈单元组成的简单立方晶格。这种结构与理论计算预测的一致，并且与之前报道的二元超氢化物LaH₁₀和YH₁₀相似，但是具有更低的对称性和更复杂的氢键网络。研究人员使用电阻率测量对LaBeH₈进行了超导性质分析，发现它在80 GPa的压力下具有110K的临界温度，并且随着压力增加而增加。电阻率测量是一种常用的超导性质分析方法，它可以通过测量样品在不同温度和磁场下的电阻变化来确定临界温度和其他超导参数。论文观察到了电阻率随温度降低而突然降为零的特征行为，以及临界温度随磁场增加而下降的特征行为，这些都是超导材料的典型特征。总结这种新的三元超氢化物LaBeH₈，它在80 GPa的压力下具有110 K的高温超导性，并且其晶体结构已经被确定。这是第一个具有解析晶体结构的三元超导超氢化物，为进一步探索和发现更高临界温度的超氢化物提供了一个新的模板。

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编辑：六块钱的鱼

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