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日前，來自吉林大學的研究者報告了一項發現，通過La隨機取代一半Ce獲得CeH9中的Tc的巨大增強，獲得由最大構型熵穩定的等原子(La,Ce)H9合金，包含純復合形式不穩定的LaH9單元。相關論文以題為“Giant enhancement of superconducting critical temperature in substitutional alloy (La,Ce)H9”發表在Nature Communications上。

海克·卡梅林·昂內斯驚人地發現，當液氦冷卻溫度降至幾開爾文時，水銀的電阻就會消失。自那以后，這種被稱為超導的奇異量子現象，就引起了人們對基礎科學探究的極大興趣，并激發了人們對從探測微弱磁信號到產生強磁場等各種應用領域的巨大努力。長期尋求的首要目標是找到具有足夠高的超導臨界溫度(Tcs)的材料，以促進實驗探索和實際實施，最終實現環境應用。

多年來，對室溫超導體的研究一直是凝聚態物理學中最具吸引力和挑戰性的課題之一；顯著的進展包括在環境壓力下實現液氫和液氮溫度范圍內的Tc材料，使其更容易在先進設備中使用超導體。最近，當Tc接近甚至超過室溫時，人們預測了一類富氫化合物(稱為超氫化物)在極端壓縮下的超導性。理論預測和實驗合成導致了共價SH3中Tc為203 K，離子LaH10中Tc為250-260 K的超導體的發現，在150-200 GPa之間的高壓下獲得。據報道，在成分和結構未知的C-S-H體系中，在270 GPa左右的超高壓力下獲得了288k的Tc，但這引起了激烈的爭論，仍有待確認。

同時，受高溫超導CaH6的預測啟發，大量后續研究建立了一個大的包合物超氫化物家族，包括CaH6、YH6、YH9、CeH9、CeH10和LaH10，這些超氫化物由一系列不同的氫籠組成，中心由各種金屬原子錨定。這些二元化合物的不同結構和組成形式，為探索材料參數以優化能態和超導態提供了平臺。系統研究表明，金屬原子的原子半徑、電負性和價電子，對超氫化物最受關注的性質，即超導性和穩定性起著重要的調節作用。在這些離子超氫化物中，盡管其Tc非常高，但LaH10仍面臨著苛刻的合成壓力(>150 GPa)的問題;而CeH9或CeH10具有相對較低的Tc(95-115 K)，可在兆巴壓力下合成。如何在合成適中、壓力穩定的情況下提高這些超氫化物的超導性能，是目前這一研究領域的迫切挑戰。

二元超氫化物在構型空間中受到高度限制，結構和成分變化有限。為了拓展材料領域，近年來相關研究的重點轉向了自由度更高的三元體系，這為超導超氫化物篩選提供了數量更多、種類更豐富的結構原型。該方法的潛力在一項理論工作中得到了證明，Li摻雜將一個額外的電子引入到MgH16中的分子類氫中，從而生成原子類氫，形成的三元Li2MgH16，在250 GPa時具有473 K的Tc。此外，理論研究還設計了XYH8、Ca-Y-H和Ca-Mg-H等一系列三元超氫化物，預期具有良好的高Tc特性或前景。然而，關鍵在于找到在中等壓力下(接近或低于兆巴)具有高溫超導性的三元超氫化物。

稀土金屬具有相似的電負性、電子構型和原子半徑，容易形成無序固溶體合金。這為使用適當選擇的二元化合物作為基模板，來構建具有相同晶體結構的三元合金超氫化物提供了一條可行的途徑。已有研究表明，在170-196 GPa的壓力下，La-Y合金氫化物中確實出現了在實驗上無法在二元體系中達到的LaH6和YH10單元，盡管超導性沒有改善。探索立方La-H和六方緊密填充(hcp) Ce-H體系，尋找一個理想的三元平臺，用于在較低壓力下穩定的材料中進行高溫超導的實驗實現，是非常有意義的。

在此，研究者通過實驗探究了La-Ce合金超氫化物的晶體結構、超導性和穩定壓力范圍。以等原子的La-Ce合金和氨硼烷(NH3BH3)為原料，在110 GPa和2100 K的合成條件下，得到了金屬原子占用率基本相等的取代(La,Ce)H9。合成的三元合金在減壓過程中保持在至少90GPa。與二元CeH9相比，三元(La,Ce)H9中的Tc顯著增加了高達80 K，其中包含了一個前所未有的LaH9單元，該單元在純化合物形式中不穩定，但在堿二元CeH9結構框架中穩定。這種非典型的組成結構單元，以及La取代Ce可能的Abrikosov-Gor’kov抑制效應的降低，對三元(La,Ce)H9合金Tc的增強有重要影響。目前的研究結果表明，替代合金化可以有效地調節和改善超氫化物中的高溫超導性，它穩定了新的和不尋常的結構和成分構型，有助于大大增強Tc；與此同時，這種方法可以擴展到構建更多的三元和更高的多元合金，通過對替代合金金屬元素組合的精心選擇，在尋找最佳包合物超氫化物的探索中帶來更多突破性的發現。（文：水生）

圖1 單胞3和單胞4中含有NH3BH3 (AB)和Au電極的樣品室在激光加熱前后的光學顯微圖。

圖2 由La-Ce合金和NH3BH3合成的(La,Ce)H9的結構數據。

圖3 典型電池中由電阻率測量確定的超導躍遷。

圖4 P63/mmc-(La,Ce)H9的Tc與壓力的關系。

圖5 合成的(La,Ce)H9在外加磁場中的電測量。