20世紀(jì)30年代，Wigner等理論預(yù)言，通過足夠大的壓縮可以把氫從常壓氣態(tài)轉(zhuǎn)化為固體金屬即“金屬氫”。由于氫的高德拜溫度，基于BCS電聲耦合，金屬氫可能具有高溫超導(dǎo)性質(zhì)。然而，理論最新估算氫的金屬化大約需要500GPa的極端靜高壓，超過目前實驗室所能夠達(dá)到的靜高壓技術(shù)水平。20世紀(jì)70年代，中國科學(xué)院物理研究所教授徐濟安等提出了將富氫化合物引入化學(xué)內(nèi)壓以降低氫金屬化壓力的構(gòu)想。2004年，Ashcroft進(jìn)一步理論闡明富氫化合物可降低氫金屬化所需壓強并保留以氫為主的高溫超導(dǎo)屬性。近年來，國際上相繼實驗合成富氫化物并通過高壓物性表征觀察到高溫超導(dǎo)現(xiàn)象。

高壓極端條件可以創(chuàng)造常壓難以形成的新結(jié)構(gòu)并賦予材料新的功能特性，為實現(xiàn)和拓展?jié)M足特殊需求的新材料提供了機遇。中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心靳常青團隊致力于極端條件先進(jìn)技術(shù)的拓展和新材料的創(chuàng)制。近期，該團隊在主族非金屬元素氫化物新材料的超高壓制備和超導(dǎo)研究方面取得進(jìn)展。該團隊首次實驗合成并發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)變溫度高達(dá)116K的銻基富氫超導(dǎo)體。這是目前實驗報道的轉(zhuǎn)變溫度次高的主族富氫超導(dǎo)體。

該團隊運用自行研發(fā)集成的超高壓合成和在位表征先進(jìn)實驗技術(shù)，在184GPa高壓和2000K高溫下制備了銻基富氫化合物。高壓在位電學(xué)表征顯示，銻基富氫化物的電阻在116K時發(fā)生突降，并在低溫降至零電阻，表現(xiàn)出高溫超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。隨著磁場的增加，轉(zhuǎn)變溫度逐漸向低溫移動，確認(rèn)為超導(dǎo)轉(zhuǎn)變屬性。研究結(jié)合同步輻射結(jié)構(gòu)表征和銻基富氫化物的理論計算發(fā)現(xiàn)，高溫超導(dǎo)來源于以Sb～H共價鍵主導(dǎo)的六方相SbH4。對于六方相SbH4晶體，H～H形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)電網(wǎng)的H~H最小間距為1.73Å。研究發(fā)現(xiàn)，對于較大的H～H距離，氫原子之間可以借助和非金屬元素的軌道雜化實現(xiàn)金屬化并進(jìn)一步呈現(xiàn)高于100K的高溫超導(dǎo)，這為探索低壓制備富氫化合物超導(dǎo)材料提供了線索。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《國家科學(xué)評論》（National Science Review）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部和中國科學(xué)院的支持。

(關(guān)鍵字：銻)