ReO3高压超导研究获进展

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文章导读

高压下超导临界温度的提升始终是凝聚态物理的核心挑战。中国科学院物理研究所的最新研究在ReO3的菱方-I高压相中发现覆盖12至39GPa的超导圆顶，最高超导Tc达到约17.8K，刷新5d过渡金属氧化物超导体的最高纪录。研究揭示，氧原子层在高压下形成高度致密的堆积构型，显著增强了电声耦合，其中氧晶格贡献了约50%。这一发现是否意味着轻元素氧晶格将成为设计新型超导材料的关键路径？

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近期，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心在ReO₃高压超导研究中取得进展。研究团队在ReO₃的菱方-I（R-I）高压相中发现覆盖12至39GPa的超导圆顶，最高超导T_c达到约17.8 K，刷新目前已知的5d过渡金属氧化物超导体的最高T_c纪录。

研究表明，当ReO₃在超过12GPa进入R-I相时，ReO₆八面体发生耦合旋转，氧原子晶格转变为扭曲的三角格子，并随加压至30GPa以上时演变为近乎完美的六方密堆积构型。这种氧原子层高度致密化的堆积方式在其他氧化物材料中极其罕见，增强了Re-5d与O-2p的轨道杂化，使30GPa下的N(E_F)比常压翻倍，提高了氧的电子轨道对N(E_F)的贡献。同时，这种独特的致密氧原子堆积构型相关的声子振动模式增强了电—声耦合。电—声耦合常数从常压下的~0.2提升至34GPa下的0.9，而氧晶格对总电—声耦合的贡献达约50%。正是由于高压增强的共价杂化和氧晶格主导的电—声耦合协同作用，才能实现如此高的T_c。因此，高压R-I相的ReO₃可以被视为氧化物版本的轻元素超导体。