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(shí)驗(yàn)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(jì)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(qiáng)并保留以氫為主的高溫超導(dǎo)屬性。近年來，國際上相繼實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)和拓展?jié)M足特殊需求的新材料提供了機(jī)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)首次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)報(bào)道的轉(zhuǎn)變溫度次高的主族富氫超導(dǎo)體。

該團(tuán)隊(duì)運(yùn)用自行研發(fā)集成的超高壓合成和在位表征先進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(shí)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(dòng)，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(jì)算發(fā)現(xiàn)，高溫超導(dǎo)來源于以Sb～H共價(jià)鍵主導(dǎo)的六方相SbH4。對(duì)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(duì)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(shí)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(píng)論》（National Science Review）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科學(xué)技術(shù)部和中國科學(xué)院的支持。

(關(guān)鍵字：銻)