氫化鑭奇特高溫超導之謎揭開

日本物質材料研究機構、東北大學、東京大學和理化學研究所等組成的國際研究小組通過計算機模擬發現，氫化鑭（LaH10）在接近室溫（-23℃）的超導高壓下，通過原子核的量子波動作用在廣泛壓力區域，成為穩定存在的“量子固體”。這一發現表明，通過含有大量氫氣的富氫化合物，可在比預想低得多的壓力下實現高溫超導和室溫超導。

超導材料由於具有零電阻，輸電無能量損失，有望解決環境能源問題而備受關注。實現室溫超導是人類的夢想，長期以來進行了很多研究。2019年曾報告在130—220GPa高壓下，具有立方晶結構的LaH10在絕對溫度250K（-23℃）接近室溫超導，刷新了超導轉移溫度的最高紀錄，並能在此寬壓范圍穩定存在。但目前為止，理論計算預測穩定這個結構需要至少230GPa或更高壓力，為何立方晶結構穩定會比理論預測的低100GPa壓力備受關注。

研究小組注意到，迄今為止理論計算忽略了原子核量子波動。他們利用加入了原子核量子波動效果的計算機模擬，結果發現在高壓下氫化鑭的氫原子核量子波動極大，立方晶結構LaH10由於量子波動效果，在廣泛壓力領域呈穩定的“量子固體”狀態。另外，通過新的計算，他們還對實驗中得到的包括壓力依賴性的超導轉移溫度進行了精確描述。

由於原子核的量子波動是多數物質常見的普遍現象，研究小組希望發現其他富氫化合物替代氫化鑭。利用加入量子波動的模擬方法，提高了預測類似替代物質的組成和結構的理論精度。通過理論預測室溫超導物質，有助於尋找更合適的目標材料。

研究成果發表在最近的《自然》網站。