中国科学院院士、中国科学技术大学教授陈仙辉团队特任研究员应剑俊等人与南京大学教授孙建课题组合作，通过超高压技术手段，发现元素钪在高压下具有高达36开尔文的超导转变温度，刷新了元素超导最高转变温度的纪录。相关成果近日在线发表于《物理评论快报》。

元素超导体为研究超导电性提供了一个最简单、最干净的材料平台。自从1911年荷兰科学家昂尼斯在元素汞中发现超导电性以来，目前共有50多种元素在常压或高压环境下被发现具有超导电性。然而，大多数元素的超导转变温度都较低，之前最高的元素超导转变温度为26开尔文，是由元素钛在高压下实现的。

早期研究发现，元素钪在压力下会经历4个结构相变。在23千兆帕以上，钪的第一个结构相会转变为第二个高压结构相，并且钪的第二个高压结构相的超导转变温度在100千兆帕左右达到近20开尔文，其相对较高的超导转变温度被认为是电子逐渐从4s轨道向3d轨道转移所致。早期受高压实验技术限制，元素钪在更高压力下的超导电性研究十分缺乏。

针对这一问题，应剑俊等人对元素钪进行了超高压下的输运研究，确定了其高压下的超导相图。通过高压电输运测量发现钪的第二个高压结构相，超导转变温度随压力增加而迅速增加，与早期的报道一致。而在进入钪的第三个高压结构相后，超导转变温度随压力增加几乎保持不变。当进入钪的第四个高压结构相后，超导转变温度随压力的增加继续增加，最高达到28开尔文。当体系最终在高压下进入钪的第五个高压结构相后，其超导转变温度突然提升到36开尔文，并且随压力保持变化。

研究团队计算探索了高压下超导转变温度大幅提升的物理来源。计算结果表明，钪的第五个高压结构相中d电子与中等频率声子之间的强耦合是导致其超导转变温度升高的最主要原因。

研究人员介绍，上述结果表明元素钪在压力下的超导转变温度与结构密切相关，为在简单体系中寻找高温超导材料提供了新思路。

相关论文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.256002

（原载于《中国科学报》 2023-06-27 第1版 要闻）