2015年，Nature刊文報道在硫化氫中發(fā)現(xiàn)了超過200K的超導轉(zhuǎn)變溫度，2018年，LaH10創(chuàng)造了260K的超導臨界溫度記錄。理論研究預測，不同于含有S-H極性共價鍵的硫化氫，在含有氫團簇的金屬氫化物中同樣可以實現(xiàn)超過200K的超導轉(zhuǎn)變，甚至是室溫超導現(xiàn)象。盡管氫化物已成為實現(xiàn)室溫超導的最有前景的材料之一，但在真正含有4f或5f電子的稀土金屬氫化物中，未觀察到近室溫的超導現(xiàn)象，尤其是其復雜的電子結構和強關聯(lián)效應鮮有研究。

中國科學院深圳先進技術研究院光子信息與能源材料研究中心研究員鐘國華團隊與哈爾濱工業(yè)大學（深圳）、煙臺大學合作，聚焦含有4f電子的稀土金屬鋱（Tb），探索不同化學比例的氫化鋱成為室溫超導體的可能性。相關研究成果以Cage Structure and Near Room-Temperature Superconductivity in TbH_n (n = 1-12)為題，發(fā)表在Journal of Physical Chemistry C（《物理化學雜志C》）上。

研究團隊基于高通量計算、第一性原理材料設計，發(fā)現(xiàn)TbH_n（n=1~12）系統(tǒng)能在0~350GPa的壓強范圍內(nèi)實現(xiàn)超導轉(zhuǎn)變。結果顯示，在由Tb和H形成的二元稀土氫化物中，具有TbH₄、TbH₅、TbH₆、TbH₉、TbH₁₀、TbH₁₂等一系列化學配比的系統(tǒng)中氫原子結合成了籠型結構，并展現(xiàn)出高溫超導電性，這預示著籠狀結構對提高超導轉(zhuǎn)變溫度有重要意義。TbH₁₀結構相在250GPa的壓強下，實現(xiàn)了約280K的超導轉(zhuǎn)變，成為稀土金屬氫化物中真正含有4f電子的近室溫超導體。該研究還深入討論了4f電子在壓力下的強關聯(lián)效應，以及4f電子對電聲相互作用的貢獻，指出該高溫超導體的超導機制來源于4f電子態(tài)在高壓下的局域-巡游轉(zhuǎn)變和其在氫原子子晶格中運動導致的共振耦合。

深圳先進院碩士生海玉龍為論文第一作者，鐘國華為論文的共同通訊作者。研究工作得到國家自然科學基金和深圳市基礎研究布局等的支持。

TbH₁₀-Fm3m晶體結構及Tb-H化合物超導轉(zhuǎn)變溫度（左）和TbH₁₀-Fm3m聲子譜、聲子態(tài)密度、Eliashberg 譜函數(shù)α²F（ω）和電聲耦合強度積分（右）