压缩态 LaH$_{10}$ 中高温超导的起源

室温超导一直是现代物理学最具挑战性的课题之一。近期实验报道,镧氢化物 LaH$_{10{\pm}x}$ ($x$$<$1) 在约 190 (150) GPa 的高压下将超导转变温度 $T_{\rm c}$ 提升至 ${\sim}$260 (或 215) K。本文基于第一性原理计算,揭示了压缩态 LaH$_{10}$ 中拓扑狄拉克 nodal-line (DNL) 态的存在。值得注意的是,由反演与时间反演联合对称性及旋转对称性保护的 DNL 在费米能附近产生范霍夫奇点(vHs),导致很大的电子态密度。与其他含阳离子 La 与阴离子 H 的镧氢化物不同,LaH$_{10}$ 因 La $f$ 与 H $s$ 轨道的强杂化而表现出阴离子 La 与兼具阳离子和阴离子特性的 H 物种这一奇特电荷分布。我们发现,vHs 处大量电子态与由 LaH$_{10}$ 异常复杂成键网络所诱导的 H 起源高频声子模强耦合,从而产生高 $T_{\rm c}$。我们的发现不仅阐明了 LaH$_{10}$ 中观测到的高-$T_{\rm c}$ BCS 型超导的微观起源,也为在压缩富氢化合物中实现室温拓扑超导铺平了道路。