高压下新型氢化物的形成与优异的超导电性

金属氢是上个世纪没有解决的重大物理问题之一，理论曾预言超高压下氢分子晶体会转变成原子晶体，成为金属氢，并有望成为室温传统超导体，但迄今为止在实验可达到的压力范围内没有获得金属氢。在富氢分子晶体中，人们预期非氢元素的存在会对氢的子体系产生化学预压作用，这些体系比纯氢更容易金属化，并且具有象金属氢那样较高的超导转变温度。我们采用第一性原理计算方法结合晶体结构搜寻算法，发现在高压下可以产生常规条件下难以产生的新型的硫氢化合物H3S，明确了产生H3S晶体的两个主要途径：3H2S→2H3S+S，2H2S+H2→2H3S，即：可以对硫化氢直接加压到43 GPa或者通过对硫化氢和氢的混合物加压到3.5 GPa获得。H3S晶体能稳定存在到300万大气压，其它氢含量更高的H4S、H5S和H6S化合物都不能稳定存在。针对新型硫氢化合物(H3S)进行系统深入的研究，发现其在110万大气压下金属化，在200万大气压下的超导温度Tc高达191-204K。进一步光谱函数的计算表明，它的超导温度主要是由氢原子振动贡献的。2015年德国科学家通过实验，将H2S样品加压到155 GPa以上，发现在温度达到203 K（-70 ℃左右）时变成超导体，认为高的超导温度来源于H3S[8]，证实了我们的理论预言。最近由日本大阪大学的科学家及其合作者通过高压实验进一步确定了优异的高温超导相的结构正是我们理论预测的H3S的立方相。