新型超导氢化物的设计和电声耦合增强机制的研究

The superconducting critical temperature of 203 K in sulfur hydride system under high pressure creates a new record of superconducting critical temperature, which not only demonstrates that there is no theoretical upper bound in the conventional superconductors, but also marks a big step towards a room-temperature superconductor..Based on the frontier of superconducting hydrides, we propose to design novel ternary hydrides and explore the mechanism for electron-phonon coupling enhancement of superconducting hydrides. Using advanced search methods in data science such as machine learning and global optimization, combining with the first-principles calculations, we plan to design and predict novel superconducting hydrides. Considering zero-points effects, we plan to construct the phase diagram of the novel hydrides with respect with pressure and component. Using the Migdal-Elaishberg formula in the BCS framework, we would investigate the physical properties of superconducting hydrides to uncover the microscopic mechanism of superconductivity. We would study the electronic structures of stable and metastable phases of superconducting hydrides with a special focus on the effects of pressure, components, and chemical bonds on electron-phonon coupling. We hope to provide new methods to optimize the superconducting critical temperature..The proposed project would provide theoretical ideas for the design of superconducting hydrides and provide theoretical support for the experimental synthesis of superconducting hydrides, as well as contribute to the theoretical development of the whole field of superconductivity.

硫氢体系在高压下203 K的超导临界温度创造了新的超导临界温度纪录，这不仅说明常规超导体的超导临界温度没有理论上限，而且标志着人们向室温超导体又迈进了一大步。.本项目立足于超导氢化物这一研究热点，拟开展新型三元超导氢化物的设计和电声耦合增强机制的理论研究。采用数据科学中的机器学习和全局优化等先进的搜索方法，结合第一原理计算，设计和预测新型超导氢化物。考虑零点振动效应，以压力和组分为参数，构建新型氢化物的相图。采用BCS理论框架下Migdal-Eliashberg方程，深入研究新型超导氢化物的物理性质，揭示超导电性的微观机制。研究超导氢化物热力学稳定相和亚稳相的电子结构，特别关注压力、组分、化学键等内外因素对电声耦合强度的影响，为优化超导临界温度提供思路。.希望通过本项目的实施为设计超导氢化物提供理论思路，为实验合成超导氢化物提供理论支撑，同时也为整个超导领域的理论发展做出一定的贡献。

超导电性是凝聚态物理中最活跃的研究领域之一。随着高压实验技术和理论计算方法的发展，富氢化物的超导电性引起了人们的极大研究兴趣。硫氢体系在高压下203 K和镧氢体系在高压下260 K超导临界温度（Tc）相继创造了新的Tc记录，这不仅说明常规超导体的Tc没有理论上限，而且标志着人们向室温超导体又迈进了一大步。.. 本项目立足于超导氢化物这一研究热点，开展了新型超导氢化物的理论设计和电声耦合增强机制的研究工作。基于BCS超导理论框架，我们探究了三维富氢体系和二维含氢体系的超导电性：（1）研究了高压下Ba-P-H体系的稳定相、电子结构、和超导电性，在50 GPa到200 GPa的压强范围内发现了BaPH，BaPH6，BaP2H14三种稳定的化合物。三种化合物的稳定相都是金属相的，其中BaPH6是超导体，在100 GPa下的Tc为31.7 K。（2）研究了高压Tb-H体系的晶体结构，金属化，和超导电性。结果表明高压下的Tb-H体系的部分化合物是潜在的高温超导体。Tb-H体系的化合物中氢原子的数量与结构稳定性密切相关。在250 GPa以上，TbH10具有接近室温的Tc大约为270 K。（3）研究了二维TiB2H的超导电性，发现由于表面吸附氢原子的作用，在TiB2中的狄拉克锥被破坏，二维TiB2H进一步表现出超导电性，其Tc为8 K，在外加拉应力作用下Tc进一步提高。这些结果扩展了人们对超导氢化物的认识，为开展实验提供了重要理论数据，也完成了本项目申请书中提出的研究目标。.. 此外，本项目组还开展如下研究：（1）采用基于全局优化算法的结构搜索方法、基于机器学习的晶体图卷积神经网络等先进方法进行晶体结构预测，在常压和高压下探究新结构的优异物理性质；（2）采用机器学习的方法构造基于深度神经网络的原子间势函数，运用分子动力学方法探究材料的动力学性质。.. 在本项目的资助下，项目组成员共发表19篇基金标注的论文，其中本基金为第一标注的论文有10篇；3名青年教师的科研水平明显提高；培养了12名硕士研究生（7名已毕业，5名在读）。