M-CHx(M代表碱金属、碱土金属和稀土金属)三元氢化物中低压高温超导电性的理论研究
批准号:
12074401
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
钟国华
依托单位:
学科分类:
超导与超流
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
钟国华
中文摘要
近年来,在氢化物中观察到的接近室温的超导电性,把人们对氢化物超导体的研究兴趣推向了一个新的高潮。但是氢化物中H原子结构对超导电性的影响规律尚无定论,且高温超导电性所依附的压强仍然过高(兆帕以上),因此进一步探索氢化物的超导机理,发展低压高温超导体迫在眉睫。本项目基于第一性原理方法聚焦于兼具极性共价键和离子键的M-CHx(M代表碱、碱土和稀土金属)三元氢化物,1)研究CHx在压力和金属掺杂下的结构特征和变化规律,2)研究降低体系金属化压强的机理和规律,3)研究C-H共价键对电子态和声子振动的影响,4)研究电荷转移机制下的电-声耦合机制。以期:1)通过C做骨架构筑CHx子晶格增强H原子结构在低压下的稳定性,并在化学预压缩的基础上引入电荷转移机制加速体系的金属化相变;2)探索碳骨架下驱动强电-声相互作用的H原子新结构;3)为发展低压(<100 GPa或常压)高温超导体提供新的理论依据。
英文摘要
Recently, the discovery of near-room-temperature superconductivity in hydrides has pushed researchers' interest in the study of hydrides superconductors to a new climax. However, the influence of H atomic structure on the superconductivity in hydride has not been determined, and the pressure of high-temperature superconductivity is still too high (over 100 GPa) to easily realize, so it is necessary to further explore the superconducting mechanism of hydrides and develop low-pressure and high-temperature superconductors. Based on the first-principles calculations, this project focuses on M-CHx (M = alkali, alkaline-earth and rare-earth metal) ternary hydrides with both polar covalent bonds and ionic bonds, 1) studying the structural characteristics and change law of CHx under pressure and metal doping, 2) studying the mechanism of reducing the metallization pressure of the system, 3) studying the effect of C-H covalent bond on the electronic states and phonon vibrations, 4) studying the electron-phonon coupling mechanism under the charge transfer. It is expected that: 1) CHx sublattice is constructed with C as the framework to enhance the stability of H atomic structure at low pressure, and the charge transfer behavior is introduced to accelerate the metallization of the system on the basis of chemical precompression, 2) a navel H atomic structure driving strong electron-phonon interaction under carbon framework is explored, 3) a new theoretical basis is provided for the development of low pressure (< 100 GPa or ambient pressure) high-temperature superconductors.
近年来以氢化物为代表的轻元素化合物超导体收到了极大的关注,超导转变温度Tc已逐渐逼近室温,但是目前报道的研究结果仍凸显低压或常压下难以实现高温超导电性的难题,且新结构-电声相互作用之间的内在联系仍需要进一步探索。基于此,本项目基于粒子群优化的结构搜索方法和高通量第一性原理计算方法,系统研究了二元和三元轻元素化合物的晶体结构、稳定性、金属化机制和可能的超导电性。.通过观察C-H、Metal-C和Metal-H三种二元体系发现:(1)C-H间富氢时容易形成分子晶体(如CH4),而富碳时容易形成H内插的共价键晶体(如HC6);(2)M-H间容易形成离子键,可以在较低压强下转变为金属;(3)M-C之间同样存在明显的电荷转移导致的金属化转变,C-C之间的共价杂化作用增强M-C比M-H更易在低压下稳定存在。.通过研究碱金属、碱土金属和稀土金属掺杂的三元氢化物,我们系统掌握了三元金属氢化物的晶体结构变化、金属化转变的规律,揭示了降低金属化压强的机制。(1)M-CH4型三元氢化物可以在5 GPa的低压下金属化,在考虑的压强范围内,CH4分子特征一般保留,金属化来源于从M到C的电荷转移和压强效应;(2)稀土金属三元氢化物中通常形成笼型氢结构,可以在低压下转变为金属,但是一般在100 GPa以上压强稳定;(3)非金属三元氢化物一般形成极性共价键化合物,金属化转变来源于压强效应,但是我们本项目中大大降低了这种类型三元氢化物的金属化压强(比如低至60 GPa)。.我们通过研究清晰描绘了晶体结构-金属化-超导电性之间的物理图像,揭示了在保持稳定性基础上,降低金属化压强和提升超导电性的机制。比如,在M-CH4型三元氢化物中我们实现了低至5 GPa的金属化,也把分子晶体的超导转变温度Tc提升到了67 K;特别是在设计的三维碳结构的体系HC6、H掺杂的diamond、C24碳笼网格晶体和H掺杂c-BN中实现了常压下Tc超过100 K的高温超导电性。.我们的研究为在轻元素化合物中探索常压高温超导电性指明了方向。
基于碳族笼式结构超原子的新型晶体超导材料设计和电-声作用增强机制 研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:15.0万元
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批准年份:2024
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负责人:钟国华
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依托单位:
M-CHx(M代表碱金属、碱土金属和稀土金属)三元氢化物中低压高温超导电性的理论研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:63万元
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批准年份:2020
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负责人:钟国华
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依托单位:
芳香碳氢化合物的晶体和电子结构及超导等物性的理论研究
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批准号:11274335
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项目类别:面上项目
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资助金额:75.0万元
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批准年份:2012
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负责人:钟国华
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依托单位:
稀土元素掺杂的GaN稀磁半导体的第一性原理研究
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批准号:10947169
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:3.0万元
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批准年份:2009
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负责人:钟国华
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依托单位:
国内基金
海外基金