中熵合金高压超导转变温度突破新纪录

近日，我国科学家成功合成了TaNbHfZr中熵合金，并发现其在高压下具有“钟罩型”的超导相图，超导转变温度达到了15.3 K，这是目前中熵合金、高熵合金报导的最高记录。相关成果发表于《物理评论快报》，并被选为编辑推荐。

超导电性是人类发现的第一个宏观量子现象，因其具有丰富的科学内涵和广阔的应用前景，一直是物理学研究领域的热门。尽管超导电性现象的发现已有百年历史，探索高温超导材料和超导机制仍是一个充满挑战的领域。2014年，体心立方的高熵合金超导发现以来，超导电性的研究也成为中熵合金与高熵合金的核心问题之一。但迄今为止，报导的中熵合金与高熵合金的超导转变温度均未超过10 K。

中国科学院物理研究所、松山湖材料实验室、北京信息科技大学等单位组成的研究团队，采用金刚石对顶砧对TaNbHfZr样品进行施压，在综合物性测量系统中采用四电极的方式测量了TaNbHfZr在高压下电阻随温度的演变。可以看到在整个压力区间(1.8至157.2 GPa)，超导转变温度先从8.5 K（@ 1.8GPa）增加至15.3 K（@71.6 GPa），随后降低至9.3 K（@ 157.2 GPa），呈现出“钟罩型”的超导相图。通过Ginzburg-Landan公式对上临界磁场进行拟合，可以发现在1.8至31.2 GPa的范围内，上临界磁场对压力并不是很敏感，但随着压力进一步升高，上临界磁场逐渐减小至2.6 T（@ 155.9 GPa）。

虚晶近似是一种十分简化的模拟方式，在高熵合金材料的研究中扮演着特别重要的角色。研究人员采用该方式对中熵合金材料TaNbHfZr进行理论建模，并结合Allen-Dynes修正的McMillan公式对体系在不同压力下的超导转变温度进行了模拟。随后通过详细的声子结构与电子结构计算发现，声子频率出现蓝移，使得声子特征频率随着压力的升高而升高。而费米能级处的态密度与电声耦合强度随着压力的升高而减小。

结合McMillan公式，研究人员认为这两种不同的演变方式之间的竞争使得体系出现了“钟罩型”相图。理论计算很好的复现了这一“钟罩型”的超导相图，并发现这种压力依赖的超导行为是由声子特征频率与电声耦合强度对压力演变的竞争行为导致的。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.166002