近年來，以SH3、LaH10、CaH6等為代表的系列氫化物高溫超導(dǎo)體的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不斷刷新超導(dǎo)材料臨界溫度(Tc)的最高紀(jì)錄，相關(guān)研究成為凝聚態(tài)物理的前沿方向。目前已報(bào)道的氫化物高溫超導(dǎo)體多數(shù)具有較高的氫含量，而且氫原子形成三維共價(jià)網(wǎng)絡(luò)，通過較強(qiáng)的電-聲耦合和高的聲子頻率來實(shí)現(xiàn)高Tc。而對(duì)于氫含量較低的分子型氫化物體系，由于氫原子對(duì)費(fèi)米能級(jí)附近態(tài)密度的貢獻(xiàn)有限，難以實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)。

近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心程金光研究員團(tuán)隊(duì)在探索分子型氫化物超導(dǎo)體方面取得重要進(jìn)展。他們利用自主搭建的高壓原位激光加熱系統(tǒng)與高壓低溫電輸運(yùn)測(cè)試平臺(tái)，以金屬鉍和固態(tài)氫源氨硼烷作為反應(yīng)物，在150–170 GPa、約2000 K的條件下成功合成出一種新型的鉍氫化合物。通過同步輻射 X 射線衍射并結(jié)合 CALYPSO 晶體結(jié)構(gòu)搜索技術(shù)，確定該化合物為具有Cmcm 空間群的BiH2，其結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)獨(dú)特的“Bi 原子開放通道”主體框架，通道內(nèi)填充類H2分子單元，是一種新型的”主–客“結(jié)構(gòu)的分子型金屬氫化物。原位高壓下的變溫電阻測(cè)量表明，BiH2在約 163 GPa 下的Tc達(dá)到 62 K，這是首次在MH2類型的金屬二氫化物體系中發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)電性。與典型的共價(jià)或籠型氫化物不同，理論計(jì)算表明 BiH2在費(fèi)米面附近的電子態(tài)密度由Bi-6p電子主導(dǎo)，其高溫超導(dǎo)電性主要源自 Bi 原子低頻振動(dòng)貢獻(xiàn)的電-聲耦合λ和類H2分子單元的中頻振動(dòng)貢獻(xiàn)的較高的對(duì)數(shù)平均聲子頻率ωlog，二者的協(xié)同使得在較低氫含量的BiH2中實(shí)現(xiàn)了出人意料的高Tc。

圖. 分子型二氫化鉍超導(dǎo)體 BiH2的晶體結(jié)構(gòu)和超導(dǎo)轉(zhuǎn)變。

相關(guān)研究成果以“High Pressure Superconducting Transition in Dihydride BiH2 with Bismuth Open-Channel Framework”為題發(fā)表在Phys. Rev. Lett.135, 226003 (2025)。物理所訪問學(xué)者/鄭州大學(xué)馬良副研究員、北京高壓科學(xué)研究中心博士后楊欣和李梅為論文共同一作，物理所博士畢業(yè)生/北京高壓科學(xué)中心博士后單鵬飛、鄭州大學(xué)郭海中教授、物理所程金光研究員為論文共同通訊作者。物理所劉子儀副研究員、王鉑森研究員、孫建平副研究員、楊芃燾副主任工程師、北京高壓科學(xué)研究中心丁陽研究員、林傳龍研究員、緱慧陽研究員等共同參與本工作。

該工作使用了上海光源（SSRF）、北京光源（BSRF）、日本Spring-8同步輻射光源、綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置（SECUF）和武漢國家脈沖強(qiáng)磁場(chǎng)裝置（WHMFC）等大科學(xué)設(shè)施，并得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)等項(xiàng)目的支持。

編輯：endlesscliff