中国斯科尔科沃理工学院、吉林大学和北京 HPSTAR 的研究人员及其德国同事合成并研究了一种新型富氢超导体。这种材料在技术上被称为 A15 型镧超氢化物，分子式为 La 4 H 23，在 120 万个大气压下，在零下 168 摄氏度以下表现出超导性。该研究成果发表在《国家科学评论》上。

多氢化物是一类新型化合物，在约 100 万倍地球正常大气压下合成。它们可以表现出独特的超导性能，十氢化镧 LaH 10的临界温度高达 -23 摄氏度，临界磁场可达 300 特斯拉，临界电流密度也很高。

即使与其他类似的氢化物相比，新发现的 La 4 H 23 的表现也不同寻常：在一定的压力范围内，它的电阻温度系数为负。也就是说，与普通金属不同，随着温度的降低，其电阻不会降低，而是会增加，就像半导体和许多非常规超导体(如铜酸盐)中的情况一样。

“最初，在铕-氢系统中发现了结构类型为 A15 的氢化物，然后在钡-氢和镥-氢系统中也发现了它们。在后者中，形成了超导氢化物 La 4 H 23。我们对这些结构的热力学稳定性进行了第一性原理计算，发现相同的化合物应该存在于镧-氢系统中。而且，它必须具有更高的超导临界温度，”该论文的主要作者之一、Skoltech 研究工程师 Grigoriy Shutov(也是计算和数据科学与工程专业的博士生)解释了这项研究背后的动机。

合成的镧氢化物 La 4 H 23表现出其他不寻常的特性。通常，在磁场中，超导转变会显著加宽。磁场导致超导体体积中库珀对浓度不均匀。因此，样品的某些区域比其他区域进入超导状态晚，并且转变似乎在温度尺度上“延长”。在诸如二硼化镁、氧化钇钡铜、氧化铋锶钙铜等众所周知的材料中都观察到了这种情况。

然而，在多氢化物中，几乎观察不到任何超导跃迁的加宽，这在实验实践中非常方便。这是因为磁涡旋(也称为 Abrikosov 涡旋)牢固地附着在多氢化物内部现有的结构不均匀性上，不会引入额外的干扰。新的镧超氢化物的情况有所不同：它表现出意想不到的超导跃迁变窄。

这项研究的主要作者之一、HPSTAR 的 Dmitrii Semenok 拥有斯科尔科沃理工学院的材料科学与工程博士学位，他评论道：“这种不寻常的行为让我们想到了强脉冲磁场。我们在吉林大学的同事准备的金刚石压砧中取样，我们的好奇心导致了另一个惊人的发现。”

在高达 68 特斯拉的强脉冲磁场中，新合成的镧超氢化物表现出显著的负磁阻，表明存在异常金属状态。通常，金属具有正磁阻，因为磁场中的电子会沿着更长的轨迹运动。

负磁阻现象非常罕见，但在铜酸盐和其他非常规超导体的伪隙或奇异金属相中经常出现。在该相中，可以观察到显著的超导波动，虽然不足以产生块体超导性，但确实会显著影响材料的磁性和传输特性。

“我们距离理解决定超氢化物电子传输特性的所有过程还很远。多年来，我们看到越来越多的证据表明，尽管电子-电子配对机制不同，但氢化物在许多方面与铜酸盐或磷化物等非常规超导体相似，”Semenok 补充道。

氢化物超导体被证明是连接不同类别超导体的桥梁，同时表现出传统和非传统超导体的特性。研究人员计划继续研究强磁场中的各种超氢化物，重点研究它们的非费米液体行为。

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