image: 下图为MoB2的高压相图。利用金刚石对顶压砧（内插左图），MoB2在20 GPa高压下诱导出超导电性，并且超导转变温度随着压力的增加快速增加。但当压力超过结构相变临界压力70 GPa后，超导转变温度的增加趋势放缓。在109.7 GPa，超导转变温度已超过32 K，并且仍未达到饱和。进一步的理论计算发现，金属Mo原子的面外振动声子（内插右图）与费米面Mo的d电子强烈耦合， 因而产生了超过32 K的超导转变温度。对MoB2超导机理的深入研究为新型过渡金属硼化物高温超导体的设计合成提供新的思路。 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
科学家对于高的超导临界转变温度（Tc）的追求永无止境。上海科技大学物质科学与技术学院齐彦鹏课题组与中国人民大学刘凯教授及雷和畅教授合作，利用高压技术在MoB2中发现了转变温度高达32 K的超导电性，这是硼化物中Tc仅次于MgB2的超导体，这也是过渡族金属硼化物中Tc最高的体系。该成果近期以“Pressure-induced Superconductivity at 32 K in MoB2” 为题发表在国际知名学术期刊《国家科学评论》（National Science Review）上。
联合团队对金属二硼化物MoB2的高压结构及物性进行了深入的研究。首先，利用上海同步辐射光源对MoB2高压原位结构进行研究，结果显示当压力增加到65 GPa时, MoB2由β-结构相变为α-结构，高压下焓值计算也与实验结果吻合，进一步证明MoB2高压下发生结构相变。考虑到MoB2高压结构与经典的MgB2结构相同，研究团队进行了高压原位电输运研究。MoB2在21 GPa开始出现超导，并且Tc随压力迅速升高。当压力超过70 GPa后，Tc随压力的增加趋势变缓，当压力达到110 GPa, 超导转变温度超过32 K，且仍未饱和。
高压下MoB2与经典的MgB2不仅结构相同，而且都具有相对较高的超导转变温度，研究团队利用第一性原理计算，对MoB2超导机理进行研究。计算结果表明MoB2高压相的超导电性虽然可以用电-声耦合的理论进行解释，但与经典的MgB2却有很大差异。首先，电子结构明显不同。MgB2中蜂窝结构的B原子p轨道电子在费米面起到主要贡献，而金属Mg的贡献几乎可以忽略不计，但在α-MoB2中，过渡金属Mo原子的d轨道电子在费米面的电子态密度远高于B原子。其次，声子谱有很大差异。MgB2中与蜂窝结构的B层相关的高频声子起主要贡献，而在α-MoB2中除了B原子高频声子还有来自Mo原子低频声子贡献。总之，α-MoB2在kz方向有很大的能带散射，费米面呈现三维特征，Mo原子面外振动声子与费米面附近的Mo的d电子发生强的电-声耦合，实现了MoB2中的高Tc超导电性。
在本项工作中，联合团队首次在过渡族金属硼化物中发现Tc超过30 K的超导电性，这为探索更多金属硼化物超导体带来契机；更重要的是，本项工作指出在设计富含轻元素高温超导体时，不仅要考虑轻元素形成的框架，同时也要选择合适的金属，充分发挥d电子对高温超导电性的贡献。
Journal
National Science Review