常压 68K：中国科学家理论预测双层硼烯创单质超导临界温度新高

IT之家 8 月 8 日消息，吉林大学、山西大学科研人员近日通过理论计算预测，由两层超薄硼材料堆叠形成的结构可在常压下实现 68K（约零下 205 摄氏度）的超导临界温度，刷新单质超导纪录，高于目前已知元素超导体的最高水平。目前多数超导材料需要接近绝对零度的极低温环境才能工作，例如此前单质超导的最高临界温度纪录由钪保持，其仅在 260 吉帕斯卡（GPa）的超高压下才能达到 36K。相比之下，双层硼烯结构无需高压环境，在标准大气压下即可达到 68 K 的超导临界温度。如果未来实验验证成功，该材料可能降低超导技术的冷却成本，并为电网效率提升、医疗磁共振成像（MRI）设备以及磁悬浮列车等领域提供新的材料方向。为寻找最佳结构，研究人员并未直接进行实验制备，而是利用计算机模拟技术分析材料内部电子和原子的行为。他们建立了由两层单原子厚度硼烯组成的模型，并测试了超过 9000 种不同堆叠方式。最终，研究团队发现，性能最佳的结构为 AA 堆叠双层硼烯。在该结构中，两层硼烯之间形成了直接连接的硼-硼化学键，这种键合方式改变了材料内部原子的振动模式，并增强了电子之间形成配对的相互作用，使电子能够在更高温度下保持自由流动。硼烯（borophene）是由单层硼原子构成的二维材料，其结构类似于石墨烯，但组成元素为硼而非碳。研究人员在论文中表示：“双层硼烯为元素超导性设立了新的基准，其临界温度超过了所有已知元素体系，无论是在常压还是高压条件下。”研究团队指出，这项工作的关键在于层间共价键的作用。与许多二维材料依靠较弱层间作用力结合不同，双层硼烯中的两层结构通过强硼-硼共价键连接，从而改变晶格振动特性，并为轻元素体系实现更高温度超导提供了一种新的研究方向。不过，目前该结果仍基于理论模拟计算，尚未通过实验验证。后续研究需要在实验室中制备对应结构，并确认其实际超导性能。相关成果已于 8 月 5 日发表于《Physical Review Letters》期刊。IT之家附论文地址：https://doi.org/10.1103/8l19-rdn2