通过可控电子掺杂实现压缩分子氢中的高温超导性

通过锂掺杂压缩氢，发现立方LiH12相具有促进高温超导性的结构和电子特性。Bader电荷分析显示锂向氢子晶格转移电荷，调整H-H距离并金属化，锂离子通过离子键稳定变形H2网络。能带和态密度分析表明电子掺杂效果，Migdal-Eliashberg计算预测在250 GPa下超导转变温度高于室温，低能和中介声子对强电子-声子耦合起关键作用。

　　

Ashok K. Verma | P. Modak

印度孟买巴巴原子研究中心（Bhabha Atomic Research Centre）高压与同步辐射物理部门，邮编 -400085

摘要

我们研究了通过锂对压缩分子氢进行可控电子掺杂以实现高温超导性的方法。利用第一性原理计算，在高压条件下对晶体结构进行了变成分量的搜索，以确定稳定的掺锂分子氢晶格。研究结果发现了一种立方相LiH₁₂，它具有有利于高温超导性的关键结构和电子特性。Bader电荷分析表明，锂向氢子晶格转移了电荷，改变了分子内和分子间的H–H键距离，并在不发生分子解离的情况下实现了金属化。此外，锂离子通过离子键作用稳定了畸变的H₂分子网络。无论是否掺锂，电子能带结构和态密度都发生了几乎固定的变化，这证实了电子掺杂的效果。各向异性的Migdal–Eliashberg计算预测，在250 GPa的压力下（该压力在金刚石压砧实验中容易实现），立方LiH₁₂会表现出超导性。Eliashberg函数的分析突出了低能和中等能量声子在促进强电子–声子耦合中的关键作用。

作者贡献声明

CRediT作者贡献声明

Ashok K. Verma：撰写初稿、方法论设计、实验研究、数据整理及概念构建。P. Modak：撰写修订稿、方法论设计、数据整理及概念构建

数据声明

本研究生成或分析的所有数据均包含在本文及其补充信息文件中。

创新性声明

• 1.
  新策略：
  提出的通过锂进行电子掺杂的策略为在不发生H₂解离的情况下实现分子氢的高温超导性提供了一种有吸引力的方法。
• 2.
  新相：
  在高压下发现了立方LiH₁₂相，这是此前未曾报道过的，可能对高温超导性具有重要的意义。
• 3.
  立方LiH
  _{12相的超导性：预测其超导转变温度高于...}

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者衷心感谢T. Sakuntala博士和S. M. Yusuf博士在整个项目执行过程中提供的宝贵支持。同时，作者也感谢P. M. Oppeneer教授对手稿提出的宝贵建议和意见。此外，还非常感谢巴巴原子研究中心（BARC）提供的ANUPAM超级计算设施。