近日，我國科學家成功合成了TaNbHfZr中熵合金，并發現其在高壓下具有“鐘罩型”的超導相圖，超導轉變溫度達到了15.3 K，這是目前中熵合金、高熵合金報導的最高記錄。相關成果發表于《物理評論快報》，并被選為編輯推薦。
超導電性是人類發現的第一個宏觀量子現象，因其具有豐富的科學內涵和廣闊的應用前景，一直是物理學研究領域的熱門。盡管超導電性現象的發現已有百年歷史，探索高溫超導材料和超導機制仍是一個充滿挑戰的領域。2014年，體心立方的高熵合金超導發現以來，超導電性的研究也成為中熵合金與高熵合金的核心問題之一。但迄今為止，報導的中熵合金與高熵合金的超導轉變溫度均未超過10 K。
中國科學院物理研究所、松山湖材料實驗室、北京信息科技大學等單位組成的研究團隊，采用金剛石對頂砧對TaNbHfZr樣品進行施壓，在綜合物性測量系統中采用四電極的方式測量了TaNbHfZr在高壓下電阻隨溫度的演變。可以看到在整個壓力區間(1.8至157.2 GPa)，超導轉變溫度先從8.5 K（@ 1.8GPa）增加至15.3 K（@71.6 GPa），隨后降低至9.3 K（@ 157.2 GPa），呈現出“鐘罩型”的超導相圖。通過Ginzburg-Landan公式對上臨界磁場進行擬合，可以發現在1.8至31.2 GPa的范圍內，上臨界磁場對壓力并不是很敏感，但隨著壓力進一步升高，上臨界磁場逐漸減小至2.6 T（@ 155.9 GPa）。
虛晶近似是一種十分簡化的模擬方式，在高熵合金材料的研究中扮演著特別重要的角色。研究人員采用該方式對中熵合金材料TaNbHfZr進行理論建模，并結合Allen-Dynes修正的McMillan公式對體系在不同壓力下的超導轉變溫度進行了模擬。隨后通過詳細的聲子結構與電子結構計算發現，聲子頻率出現藍移，使得聲子特征頻率隨著壓力的升高而升高。而費米能級處的態密度與電聲耦合強度隨著壓力的升高而減小。
結合McMillan公式，研究人員認為這兩種不同的演變方式之間的競爭使得體系出現了“鐘罩型”相圖。理論計算很好的復現了這一“鐘罩型”的超導相圖，并發現這種壓力依賴的超導行為是由聲子特征頻率與電聲耦合強度對壓力演變的競爭行為導致的。
相關論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.166002
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