曲阜师大科技处讯 目前，曲阜师范大学物理工程学院刘晓兵教授团队与美国内华达大学陈长风教授、吉林大学马琰铭教授、东南大学施智祥教授、中科院物理所郭建刚研究员等学者合作，在“Lu-N-H体系中潜在近常压室温超导”研究方面获得新进展。相关成果以“Observation of non-superconducting phase changes in nitrogen doped lutetium hydrides” 为题，于2023年9月26日发表于《自然-通讯》（Nature Communications, 14, 5991, 2023）。曲阜师范大学为本论文的第一署名单位和唯一通讯单位，物理工程学院青年副教授邢相灼博士为论文的第一作者，王超副教授为共同第一作者，刘晓兵教授为论文的独立通讯作者。

超导材料在一定温度下具有零电阻和完全抗磁性的奇特性质，在能源、信息、医疗、国防、重大科学工程等方面具有广阔的应用前景。目前已发现的超导体都需要在极低温环境下才能出现超导电性，走向实际应用受到极大的制约，如何实现室温超导是科学界和产业界最大的科学挑战之一。近年来，随着国际高压科学技术的发展，科学家在以H3S和LaH10等为代表的富氢化合物中发现了转变温度超过200 K的超导特性。2020 年，美国罗彻斯特大学Ranga Dias 团队发表 Nature 封面文章，宣称在 267 GPa、287 K（约 15 度）的条件下在碳-硫-氢（C-S-H）体系实现了高压室温超导。2022 年 9 月，因为存在的巨大争议被Nature撤稿。2023年3月8日，Dias团队再次在Nature上发文宣称，在氮掺杂的镥氢化合物（Lu-N-H）中成功实现近常压（1GPa，约1万个大气压）下的室温超导电性（294 K，约为21℃），引发全球科学界和产业界的广泛关注与巨大争议。该体系在压力作用下出现蓝色到粉色再到红色的罕见颜色变化，文中宣称的“室温超导现象”仅在粉色区出现，其高压下的颜色变化机理与超导特性之间的关联有待进一步的探索。

图a：LuH_2±xN_y材料在高压下呈现出蓝色-紫色-粉色-红色的颜色演化行为。图b：样品在不同传压介质中的颜色变化区间。图c：通过掺杂纳米钻石引入剪切应力，显著降低颜色变化所需的压力条件

2023年4月，曲阜师范大学高压科学研究团队利用高温高压技术成功制备出大尺寸、高质量的LuH2±xNy样品，并对其晶体结构、元素组分、化学键等特性进行了系统探究，结果表明该样品的颜色、结构及氮含量与Dias所声称的室温超导相完全一致。本工作结合金刚石对顶砧原位实验测试技术与第一性原理计算，得到了氮元素在镥化氢结构中以原子替代与NH基团进入的理论模型，揭示了Lu-N-H体系在不同应力环境下的颜色变化规律，并发现了该体系在压力下存在的紫色新相与高温环境下的绿色新相。

高压下原位电输运测试表明LuH2±xNy样品在整个颜色变化区间（0 GPa - 38GPa）、300 K - 1.8 K温度范围内不存在超导信号，表明颜色变化与“室温超导电性”并无直接关联。研究团队进一步排除了Dias团队样品中所存在第二相LuN1-δHε对颜色变化与超导转变的影响。值得注意的是，在粉色相范围内，LuH2±xNy样品的升温电阻-温度曲线在高温区出现与Dias团队原始数据（扣除实验背景前）相似的电阻异常特征，即在特定环境温度下出现电阻的突然降低，这一现象容易被误解读为超导转变信号。本工作发现电阻异常存在的压力范围和LuH2结构中N/NH相关的振动模式变律表现出高度一致性，结果表明电阻突变主要来源于压力驱动下N/NH与H空位之间的电子转移过程，这一结果为深入探究Lu-N-H体系高压下的颜色与结构相变提供了新思路。

图为LuH_2±xN_y材料在不同压力下的升降温电阻-温度曲线

曲阜师范大学高压物理与材料科学（HPPMS）研究团队围绕极端条件凝聚态物理与材料科学，主要从事高压技术开发与新型超硬、超导、热电等材料设计及应用开发研究。近五年，团队共发表Nat. Commun.、PNAS、Angew. Chem.、J. Am. Chem. Soc.等高水平学术论文80余篇，主持国家自然科学基金10项（面上3项、青年7项），山东省自然科学基金及其他项目15项（包括泰山学者3项、杰出青年1项、优秀青年2项等），多项科研成果实现技术转让与产业化。指导学生获山东省优秀研究生成果奖4项（包括一等奖1项），6人获国家奖学金，3人获山东省优秀毕业生，1人获山东省优秀硕士学位论文，2023年被评为山东省优秀研究生导学团队。

第一作者邢相灼，博士毕业于东南大学，长期围绕超导材料制备与极端条件物性开展研究工作，以第一作者/通讯作者发表包括Nat. Commun., Phys. Rev. B, Appl. Phys. Lett.等高水平论文28篇，主持（完成）国家自然科学基金青年项目、山东省自然科学基金青年项目、中国博士后科学基金面上项目、江苏省博士后科研资助项目等多项课题。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-41777-7

发布：曲阜师大新闻中心

终审：刘永礼