研究人员推进碳材料的高温超导性

在《AdvancedScience》杂志上发表的一项研究中，中国科学院深圳先进技术研究院钟国华教授领导的研究人员对碳笼网络中100K以上的超导性做出了预测。

通过利用第一性原理计算，他们制造出了具有碳笼网络结构特征的碳化物，实现了强大的电子声子耦合，并超越了金刚石、石墨烯、碳纳米管和富勒烯等传统碳化物的超导转变温度。

最近，人们对轻质元素化合物中的超导性产生了浓厚的兴趣，特别是在环境压力高温超导性的背景下。碳材料作为轻质元素化合物的代表，被认为是未来材料的基石。

尽管已经在某些碳基材料(包括金刚石、石墨烯、碳纳米管和富勒烯)中检测到超导性，但超导转变温度(Tc)仍然低于液氮沸点77K的临界点。

为了探索高Tc碳材料超导体的发展，研究人员设计了两种具有笼状网络的新型碳结构。他们通过引入金属掺杂剂仔细研究了它们的超导性。这些笼单元C24和C32通过共享表面互连以形成晶体结构。

高通量计算预计，这些笼状网络结构在掺杂金属时可以在环境压力下表现出高温超导性。值得注意的是，掺杂Na、Mg、Al、In和Tl金属的C24笼状网络晶体表现出超过100K的高温超导性。这不仅优于金刚石、石墨烯、碳纳米管等常见碳材料的Tc，而且富勒烯的沸点也大大超过了液氮。

此外，研究人员还发现，笼结构的耦合起着关键作用，与其他碳材料相比，它会产生更强的电子-声子相互作用，并导致更高的Tc。他们发现，笼状网络碳化物的超导性很大程度上取决于引入金属的电负性和掺杂浓度。较弱的电负性和较高的掺杂浓度往往会产生较高的Tc值。

“我们的研究结果为高温c超导体的发展提供了一条有前途的途径。我们预计这项工作将激发对基于碳化物的高温超导体的实验和理论研究，”钟教授说。