【供稿：物理学院】近日，吉林大学黄晓丽教授、北京高压科学中心Dmitrii Semenok博士及宁波大学崔田教授等人，通过高温高压的手段成功合成了一种新型富氢化物超导体A15-La₄H₂₃。在强脉冲磁场条件（>60 T）下，发现了其存在反常金属态。此项工作揭示了A15-La₄H₂₃在强磁场条件下的反常电子性质，加深了对富氢化物超导体中量子输运行为的理解，为探索新型富氢化物超导体和阐明其基本物理性质提供了重要线索。研究成果以“Unusual metallic state in superconducting A15-type La₄H₂₃”为题，于2024年4月18日发表在National Science Review杂志上（https://doi.org/10.1093/nsr/nwae149）。

图：氢化物超导体A15-La₄H₂₃在强磁条件下的磁阻及超导相图
在氢化合物超导体研究领域，先后发现了以H₃S为代表的共价型富氢超导体和以LaH₁₀为代表的笼形富氢超导体，先后刷新了超导温度的新纪录，再次激发了研究人员对室温超导体追逐的热情。将高压、高温和强磁场等多种极端条件运用到氢化物超导体的研究中，有助于获得新现象和新思路。然而，想实现强脉冲磁场下（>60 T）超高压原位实验测量时，研究人员必须克服一系列实验上的挑战。例如，狭窄的磁孔和由磁场诱导的巨大电流所带来热效应等影响。这些困难极大限制了对氢化物超导体在强磁场条件下输运性质的研究。研究团队通过设计新型的金刚石压砧，成功实现了强磁场下氢化物超导体的原位超高压实验测量。
研究团队首先利用高温高压技术成功合成了一种新型富氢化物超导体，通过原位高压同步辐射XRD测量确认了超导相具有Pm3n-La₄H₂₃的晶体结构。该超导相具有典型的A15型结构，这与已知的AB₃型超导体V₃Si (T_c=17 K)、Nb₃Ge (T_c=23.2 K)、Nb₃Sn (T_c=18.3 K)等具有相似的结构框架。值得注意的是，在目前已知的A15型结构化合物中，La₄H₂₃展现出了最高的超导温度。原位高压电输运实验测量结果显示，在压力为118 GPa时观察到样品具有最高的超导温度105 K。此外，通过施加外磁场进一步验证了超导电性的存在。利用WHH模型和GL模型对样品的上临界磁场进行拟合，在114 GPa压力下，其上临界磁场分别为33 T与24 T。在高达68 T的强脉冲磁场下，La₄H₂₃样品在40 K以下的正常态表现出了显著的负磁阻效应，这表明其存在反常金属态。综合实验数据测量结果，构建了A15-La₄H₂₃的超导相图。这项研究的发现拓展了对氢化物超导体输运行为的理解，为未来氢化物超导体的研究提供了新的方向和思路。
吉林大学物理学院郭鉴宁博士、Dmitrii Semenok博士、Grigoriy Shutov博士为本文第一作者，Dmitrii Semenok博士、黄晓丽教授及崔田教授为本文的通讯作者。该工作是在国家重点研发计划“物态调控”重点专项青年科学家项目和基金委面上项目等资助下完成的。