理论设计电子型掺杂磷氢压致聚合相

注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析

富氢化合物是高温超导体的有力候选材料，其相关研究一直是学术界的热点研究课题之一。理论预言203 K硫氢和260 K镧氢高温超导压致聚合相的实验制备为发现室温超导材料提供了新的契机。作为周期表上硫的相邻元素磷，其氢化物的相关研究也备受领域关注。尽管实验上发现了磷氢化合物在高压下具有高达100 K的超导转变温度，但理论上一直未预测到磷氢化合物的稳定高压相。

日前，马琰铭（点击查看介绍）课题组提出了利用掺杂锂原子稳定磷氢化合物的新方案，通过向磷氢体系引入电子，调制磷元素的化学特性，大幅提升了磷氢体系的热力学稳定性。采用课题组自主研发的卡里普索（CALYPSO）晶体结构预测方法，预测了一系列热力学稳定的三元磷氢化合物，LiP₂H₁₄理论计算的超导温度可达169 K。与此同时，研究还发现如果将锂原子替换为铍原子或者钠原子时，材料的超导温度将获得进一步提升，为高温超导体的理论设计提供了新思路。

该工作与美国内华达大学拉斯维加斯分校陈长风教授合作，发表在J. Phys. Chem. Lett. 上，文章的第一作者是吉林大学博士研究生李雪，通讯作者是吉林大学物理学院院长马琰铭教授、美国内华达大学拉斯维加斯分校陈长风教授和吉林大学刘寒雨教授。

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Chemically Tuning Stability and Superconductivity of P−H Compounds

Xue Li, Yu Xie, Ying Sun, Peihao Huang, Hanyu Liu, Changfeng Chen, Yanming Ma

J. Phys. Chem. Lett., 2020, 11, 935-939, DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b03856

马琰铭教授简介

马琰铭教授：博士生导师，长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，国家“万人计划”领军人才，国务院政府特殊津贴获得者，国家有突出贡献的中青年专家。长期从事高压下凝聚态物质的结构与性质研究，发现了金属钠在超高压下转变为透明绝缘体，突破了固体高压金属化的传统认识，实现了高压下金属—绝缘体相变这一长期科学夙愿，相关成果以第一完成人获得国家自然科学二等奖（2015年）。主持多项国家重点研发计划， 国家自然科学基金重点项目/面上项目，是“高性能计算”重点研发计划首席科学家， “吉林省黄大年式科研团队”团队负责人。发展了仅依据化学组分的CALYPSO 晶体结构预测方法和软件，利用该软件发表的文章数目在国际同类方法中排名第一，相关成果以第一完成人获得教育部高等学校自然科学一等奖（2018年）和国家自然科学二等奖（2019年）。获得首届“Walter Kohn”国际奖，以表彰马琰铭教授在计算模拟领域做出的“杰出贡献”(outstanding contributions)。

https://www.x-mol.com/university/faculty/48507

陈长风教授简介

陈长风教授：美国内华达大学拉斯维加斯分校物理系教授，国际计算物理领域知名学者，长期从事于采用第一性原理计算在强共价和金属固体的纳米力学行为，纳米复合体材料，新奇共价网络结构，拓扑绝缘体的新物理和应用，晶格动力学和热力学固体在高压和高温下的AMIC特性等方面的研究。迄今，已在国际权威期刊发表论文篇200余篇，其中包括PRL 30篇，所有文章引用8000余次，单篇论文被引次数近400次。

刘寒雨教授简介

刘寒雨教授：吉林大学物理学院教授，中组部海外高层次人才引进计划青年项目入选者，长期致力于极端高压强下凝聚态物质的结构与性质研究，设计了超导临界温度超过200 K的高压相超导体，预言了压致固体氢的新奇离子传播行为，破解了系列高压相结构难题等，部分结果得到了实验证实，发表第一/通讯作者论文40余篇，含Nat. Commun. 1 篇，PRL 3 篇，PNAS 4 篇，PRB 8 篇。所有文章引用4500余次，H因子35，9篇文章入选了ESI高被引论文。获第四届极端条件下物质与辐射国际会议“MRE青年科学家奖”和2019年度国家自然科学奖二等奖（第四完成人）。

科研思路分析

Q；这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？

A: 高压下富氢化合物的结构与性质一直是凝聚态领域的热点课题。在前期的工作中，我们发现通过掺杂锂原子可以有效向富氢化合物提供电子，调制其在高压下的晶体结构，大幅度提高了超导温度，详见：Phys. Rev. Lett., 123, 097001 (2019)。因此，在本研究工作中，通过向磷氢体系引入电子，试图利用化学手段稳定磷氢体系，发现新奇Li-P-H三元化合物，为设计新型超导材料提供新途径。

Q：该研究成果可能有哪些重要的意义？

A：首先，提出了掺杂锂原子稳定磷氢化合物的新方案，获得了系列磷氢稳定结构。其次，利用先进的晶体结构搜索方法和软件，发现新型高温超导体压致聚合相LiP2H14，在高压下超导温度可达169 K，是高温超导体的有力候选体系。最后，通过用其它原子替换预测结构中的锂原子，实现了超导温度的进一步提升，为高温超导材料的理论设计提供了新思路。