利用金属氢化物新材料提升超导性能

材料牛注：由Struzhkin团队研究发现的钠/氢材料，具有独特的结构、金属特性以及超导性能，或将推动超导电材料的进一步发展。

几十年来，科学家一直在寻找不同的方法，试图将氢气存储于金属中。金属储氢材料可以说是材料科学中的圣杯，因为金属储氢材料可作为超导体，使电子流动不受电阻阻碍，从而大大提高电力转换效率。最早的研究始于卡耐基梅隆大学的Viktor Struzhkin团队。他们通过实验得到一种由氢和钠混合起来的新材料，这种材料可以改变超导性能，并可作为氢燃料电池的储氢材料。此项研究发表在Nature Communication上。

科学家曾预言，某些富氢化合物可以通过新的化学方法改变其电子结构，这些化合物包含多个碱金属（如锂、钾、钠）原子和氢原子。这个预言可能会引导金属高温超导体的研究方向。

“温度是个挑战，”Struzhkin解释说，“目前，产出的超导体只能存在于不切实际的低温下。最近几年，有相关预测认为，多原子碱金属氢化物能存在于更实用的温度下。理论上，它们具有有利于超导电性的独特性质。”

现在，这些预言已经被证实了。Struzhkin的团队包括卡耐基梅隆大学的研究员Duck Young Kim, Elissaios Stavrou, Takaki Muramatsu, Ho-Kwang Mao和Alexander Goncharov，还有来自其它机构的研究人员。

这个团队通过理论指导实验，利用X射线衍射的方法揭示原子结构，并通过拉曼光谱测量微小振动以及旋转等特性来识别分子。理论上，在一定压力下，钠／氢材料会稳定存在，并且具有金属特性和独特结构，表现出超导性能。

研究小组进行了高压／高温下的实验研究。在这些极限条件下，物质会变形成具有新特性的新结构。他们在金刚石压腔中，用巨大的压强对氢气以及钠样品进行压缩，同时用激光加热样品。在300,000到400,000的大气压（30-40千兆帕，或者GPa）、3100° F（2000开尔文）的温度下，他们首次发现了“多氢化合物”的结构。这种结构很不寻常，由钠加上3个氢原子（NaH₃）或者钠加上7个氢原子（NaH₇）组成。在NaH₇材料中，三个带负电荷的氢原子一字排开，看起来像是一维氢链，是一种非常不同于纯氢的新相。

“这个结构早在1972年，也就是40多年以前，就被预言存在了。” Duck Young Kim说，“事实证明，我们的实验与预言NaH₃存在的理论是完全一致的，除此之外我们还发现了NaH₇。”

Struzhkin反映，“关于这种材料能否在更低的温度和压强下生产，还需要进一步研究。但是这种新物质开启了一个有更多可能性的新世界。”

参考原文链接： New material could advance superconductivity

文献链接： Synthesis of sodium polyhydrides at high pressures

本文由编辑部杨洪期提供素材，Melody编译，时冰遥审核，点我加入材料人编辑部。

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