高压下合成Tc高达62K的分子型氢化物超导体BiH₂ | 进展

近年来，以SH3、LaH10、CaH6等为代表的系列氢化物高温超导体的实验发现，不断刷新超导材料临界温度(Tc)的最高纪录，相关研究成为凝聚态物理的前沿方向。目前已报道的氢化物高温超导体多数具有较高的氢含量，而且氢原子形成三维共价网络，通过较强的电-声耦合和高的声子频率来实现高Tc。而对于氢含量较低的分子型氢化物体系，由于氢原子对费米能级附近态密度的贡献有限，难以实现高温超导。

近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心程金光研究员团队在探索分子型氢化物超导体方面取得重要进展。他们利用自主搭建的高压原位激光加热系统与高压低温电输运测试平台，以金属铋和固态氢源氨硼烷作为反应物，在150–170 GPa、约2000 K的条件下成功合成出一种新型的铋氢化合物。通过同步辐射 X 射线衍射并结合 CALYPSO 晶体结构搜索技术，确定该化合物为具有Cmcm 空间群的BiH2，其结构呈现独特的“Bi 原子开放通道”主体框架，通道内填充类H2分子单元，是一种新型的”主–客“结构的分子型金属氢化物。原位高压下的变温电阻测量表明，BiH2在约 163 GPa 下的Tc达到 62 K，这是首次在MH2类型的金属二氢化物体系中发现超导电性。与典型的共价或笼型氢化物不同，理论计算表明 BiH2在费米面附近的电子态密度由Bi-6p电子主导，其高温超导电性主要源自 Bi 原子低频振动贡献的电-声耦合λ和类H2分子单元的中频振动贡献的较高的对数平均声子频率ωlog，二者的协同使得在较低氢含量的BiH2中实现了出人意料的高Tc。

图. 分子型二氢化铋超导体 BiH2的晶体结构和超导转变。

相关研究成果以“High Pressure Superconducting Transition in Dihydride BiH2 with Bismuth Open-Channel Framework”为题发表在Phys. Rev. Lett.135, 226003 (2025)。物理所访问学者/郑州大学马良副研究员、北京高压科学研究中心博士后杨欣和李梅为论文共同一作，物理所博士毕业生/北京高压科学中心博士后单鹏飞、郑州大学郭海中教授、物理所程金光研究员为论文共同通讯作者。物理所刘子儀副研究员、王铂森研究员、孙建平副研究员、杨芃焘副主任工程师、北京高压科学研究中心丁阳研究员、林传龙研究员、缑慧阳研究员等共同参与本工作。

该工作使用了上海光源（SSRF）、北京光源（BSRF）、日本Spring-8同步辐射光源、综合极端条件实验装置（SECUF）和武汉国家脉冲强磁场装置（WHMFC）等大科学设施，并得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院战略先导等项目的支持。

编辑：endlesscliff