250 K 超导氢化镧中的量子晶体结构

在高压下氢硫系统中发现 200 K 的超导性[1]清楚地表明富氢材料可以是高温超导体。最近合成的 LaH$_{10}$ 具有 250 K 的超导临界温度 (T$_{\text{c}}$)[2,3]，将这些材料置于实现长期梦想的环境温度超导的边缘。电学和 X 射线衍射测量确定了 LaH$_{10}$ 在 137 至 218 吉帕斯卡之间的弱压力依赖性 T$_{\text{c}}$，其结构为镧原子面心立方 (fcc) 排列[3]。在此我们表明，量子原子涨落在整个此压力范围内稳定了一个与实验一致的高对称性 Fm-3m 晶体结构，其具有 $\lambda\sim3.5$ 的巨大电声耦合。即使忽略量子原子振动的从头算经典计算预测该结构在 230 GPa 以下发生畸变，产生具有许多局部极小值的复杂能量景观，量子效应的引入简化了能量景观，证明 Fm-3m 是真正的基态。计算与实验 T$_{\text{c}}$ 值之间的一致性进一步支持该相是 250 K 超导性的来源。此处发现的能量景观中量子涨落的相关性，对许多在经典方法中为氢化物所做的晶体结构预测提出质疑，而这些预测目前指导着对室温超导性的实验探索[4,5,6]。此外，量子效应对于维持具有非凡电声耦合、否则可能不稳定的固体至关重要[7]。