高压下氢化物超导体的理论设计与研究

The proposal chooses MH12 and MSH6（M=Ca,Y,Sc,Nb and so on）as the studying system. Using the particle swarm optimization technique and substitution method combining first-principle calculations, we will take a systematic study on the crystal structures, electronic properties, lattice dynamics and superconductivity of MH12 and MSH6 at high pressures. We will analyze the change of crystal structure of the M atoms and the interaction between M and H atoms under pressure and get their effects on the metallization and the superconducting temperature. Summarize the relations between the crystal structure, electronics, lattice dynamics, interatomic interactions and the superconducting temperatures and design some high-Tc superconducting hydrides.

本项目选取MH12和MSH6（M=Ca、Y、Sc、Nb等）富氢氢化物为研究体系。采用基于粒子群优化算法的晶体结构预测技术以及替代的方法并结合基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，对MH12和MSH6富氢氢化物的高压晶体结构、电子性质、晶格动力学性质及超导电性进行系统的研究，深入分析非氢原子所形成的高对称性结构以及非氢原子与氢原子间相互作用在压力下的变化行为，揭示其对金属化及超导转变温度的影响，总结出规律，设计出具有高超导转变温度的新型富氢氢化物超导体。

自2004年Ashcroft教授提出富氢氢化物有可能成为室温超导体以来，探索具有高超导转变温度的富氢化合物超导体就成为科学家们研究的重要课题。本项目采用基于粒子群优化的晶体结构预测技术并结合第一性原理计算，探索在高压下可以稳定存在的富氢氢化物，找出超导电性与晶体结构、电子性质和晶格动力学性质之间的关联规律，设计出具有高超导转变温度的氢化物超导体。本项目首先以YSH6和LaSH6为研究体系，预测出YSH6的高压结构中，H和S原子形成笼型结构，而LaSH6的高压结构中，H形成H5链或与S形成H-S链。随后的电声耦合计算表明具有笼型结构的YSH6的超导转变温度为91K，高于LaSH6的24K。我们总结了近年来所研究的二元氢化物超导体中氢的成键类型及结构特征等，得出氢化物中氢形成笼型结构的富氢氢化物具有较高的超导转变温度，如CaH6和YH6。因此，我们选取CaYH12为研究对象，预测出其在170GPa以上以Fd-3m结构稳定存在，该结构与CaH6及YH6的结构类似。令人兴奋地是，CaYH12是潜在的高温超导体，其超导转变温度在200GPa下可达258K，逼近室温，为探索和实现室温超导体提供了重要方向和依据。.项目执行期间，共发表标注项目号的SCI论文11篇。项目负责人在国际国内学术会议做邀请报告7次，本项目培养博士生4名，硕士研究生1名，其中邵灿灿于2018年硕士毕业。