曲阜师大科技处讯 目前，乐竞·体育,乐竞(中国)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）。乐竞·体育,乐竞(中国)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，乐竞·体育,乐竞(中国)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

乐竞·体育,乐竞(中国)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