近日，我院量子材料与量子能源课题组与中国科学院物理研究所程金光研究员团队合作，在探索分子型氢化物超导体方面取得重要进展。相关研究成果以“High Pressure Superconducting Transition in Dihydride BiH₂with Bismuth Open-Channel Framework”为题发表在国际知名物理期刊《Physical Review Letters》。我院马良副研究员、北京高压科学研究中心博士后杨欣和李梅为论文共同一作，北京高压科学中心博士后单鹏飞、我院郭海中教授、物理所程金光研究员为论文共同通讯作者，郑州大学为第二单位。

近年来，以SH₃、LaH₁₀、CaH₆等为代表的系列氢化物高温超导体的实验发现，不断刷新超导材料临界温度(T_c)的最高纪录，相关研究成为凝聚态物理的前沿方向。目前已报道的氢化物高温超导体多数具有较高的氢含量，而且氢原子形成三维共价网络，通过较强的电-声耦合和高的声子频率来实现高T_c。而对于氢含量较低的分子型氢化物体系，由于氢原子对费米能级附近态密度的贡献有限，难以实现高温超导。

团队利用高压原位激光加热系统与高压低温电输运测试平台，以金属铋和固态氢源氨硼烷作为反应物，在150–170 GPa、约2000 K的条件下成功合成出一种新型的铋氢化合物。通过同步辐射X射线衍射并结合CALYPSO晶体结构搜索技术，确定该化合物为具有Cmcm空间群的BiH₂，其结构呈现独特的“Bi原子通道”主体框架，通道内部包裹类H₂分子单元，是一种新型的“主–客”结构的分子型金属氢化物。原位高压下的变温电阻测量表明，BiH₂在约163 GPa下的T_c达到62 K，这是首次在MH₂类型的金属二氢化物体系中发现超导电性。与典型的共价或笼型氢化物不同，理论计算表明BiH₂在费米面附近的电子态密度由Bi-6p电子主导，其高温超导电性主要源自Bi原子低频振动贡献的电-声耦合l和类H₂分子单元的中频振动贡献的较高的对数平均声子频率w_log，二者的协同使得在较低氢含量的BiH₂中实现了出人意料的高T_c。

该工作使用了上海光源（SSRF）、北京光源（BSRF）、日本Spring-8同步辐射光源、综合极端条件实验装置（SECUF）和武汉国家脉冲强磁场装置（WHMFC）等大科学设施，并得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委等项目的支持。全文链接：https://doi.org/10.1103/kjnw-n6ds

图1. 分子型二氢化铋超导体BiH₂的晶体结构和超导转变。