理论预测若高压下获得金属氢则可能实现室温超导。因此,金属氢被认为是高压物理研究领域的“圣杯”。然而,由于制备金属氢所需的压强太高,目前仍没有获得金属氢的确凿实验证据。针对这一情况,理论物理学家N. W. Ashcroft曾在2004年提出,如果采用富氢的金属间化合物作为前驱体,通过化学预压的作用可以有效降低氢金属化的压强,从而可能在相对较低的压强获得高温超导。
Ashcroft在上述开创性理论工作中指出,IVA族元素的富氢化物在高压下是潜在的高温超导体。此后,人们通过理论计算预测了多种IVA族元素的富氢超导材料,然而一直缺乏实验验证。近年来,随着H₃S(Tc≈203K@150GPa)和LaH₁₀(Tc≈250-260K@170GPa)等富氢近室温超导材料相继在高压下被合成出来,重新掀起了探索富氢超导体的热潮。
最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心EX6课题组的洪芳副研究员、于晓辉研究员、程金光研究员和超导国家重点实验室赵忠贤院士与北京高压科学中心杨留响研究员、岳彬彬研究员等合作者,在前期成功合成并验证LaH10高温超导的基础上,选取空气中稳定的金属锡(Sn)为前驱体、氨硼烷作为氢源,经过多次尝试,成功在约200GPa,1700K的超高压高温条件下合成了一个新的富氢化合物SnHx。
通过对比同步辐射XRD图谱与理论预测的结构模型,初步判断获得的材料主相很可能是具有单斜对称性的C2/m-SnH₁₂。对于XRD测试的同一个样品,原位高压下的变温电阻率测试及磁场效应的研究,表明SnHx是一个Tc≈70K的新的富氢超导体,其上临界磁场只有μ0Hc₂(0)=11.2T,远小于已知的富氢高温超导材料。
该结果在一定程度上回应了当前对富氢超导材料ΔT/Tc随磁场变化微弱从而不符合传统超导体的争议。SnHx是第一个实验上合成的IVA族氢化物超导体,验证了Ashcroft在2004年的理论预测,这有利于激发人们在更多的金属富氢化物中探索高温超导体。值得一提的是,与笼型富氢超导体LaH₁₀不同,SnH₁₂中包含大量的H₂和H₄准分子,这造成费米面附近氢的电子态密度贡献较少,这可能是其Tc较低的原因。
但其可作为一个超导母体,对其进行电子掺杂有可能获得更高Tc,这有待进一步研究。该成果已发表在Mater. Today Phys., 2022, 22: 100596.