最近，沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家（聯(lián)合）實(shí)驗(yàn)室工程合金研究部陳粵博士、胡青苗研究員與楊銳研究員采用第一性原理方法結(jié)合進(jìn)化算法，預(yù)測(cè)了壓力高于100 GPa時(shí)釔的晶體結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)該條件下超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc隨壓力P增大而降低，與100 GPa以下時(shí)的Tc-P關(guān)系相反。

　　稀土金屬元素釔在高壓下發(fā)生超導(dǎo)轉(zhuǎn)變，是具有最高超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的單質(zhì)之一。實(shí)驗(yàn)研究表明，在壓力低于100 GPa左右時(shí)，釔的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度隨壓力增加而單調(diào)升高。另一方面，隨壓力增加，釔中發(fā)生豐富的結(jié)構(gòu)相變。當(dāng)壓力由0增大到100 GPa左右時(shí)，釔的結(jié)構(gòu)相變序列為hcpSm-typedhcpdfcc。因此，研究釔的高壓結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變及超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度的耦合具有重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。目前，文獻(xiàn)報(bào)道的最高壓力為100 GPa左右，更高壓力下釔的晶體結(jié)構(gòu)以及能否通過(guò)繼續(xù)增大壓力獲得更高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度，是超導(dǎo)和高壓研究領(lǐng)域的一個(gè)前沿問(wèn)題。

　　工程合金研究部科研人員采用第一原理結(jié)合進(jìn)化算法預(yù)測(cè)，在97 GPa左右時(shí)，釔發(fā)生由dfcc到oF16-Fddd或hP3-P3121結(jié)構(gòu)相變。兩種新型的高壓晶體結(jié)構(gòu)oF16-Fddd及hP3-P3121能量比其它晶體結(jié)構(gòu)更低。聲子散射譜的計(jì)算結(jié)果表明，這兩種結(jié)構(gòu)都不存在振動(dòng)虛頻。上述結(jié)果分別從能量學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度說(shuō)明oF16-Fddd及hP3-P3121結(jié)構(gòu)在97GPa以上能夠穩(wěn)定存在。通過(guò)分析電子分波態(tài)密度、能帶以及電荷密度，研究發(fā)現(xiàn)高壓下sd電子轉(zhuǎn)移以及電子向晶格間隙處的偏聚對(duì)oF16-Fddd與hP3-P3121相的穩(wěn)定性有重要貢獻(xiàn)。

　　在確定了釔在不同壓力下的穩(wěn)定相結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研究人員采用第一原理線性響應(yīng)理論，預(yù)測(cè)了釔在不同壓力下的穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc。在100 GPa以下時(shí)，Tc隨壓力增大而單調(diào)升高，與實(shí)驗(yàn)值符合良好。但當(dāng)壓力大于100 GPa時(shí)，理論計(jì)算預(yù)測(cè)Tc隨著壓力的增大而下降。這意味著無(wú)法采用增大壓力的方法得到更高的釔超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度。

　　該研究工作對(duì)理解釔的高壓相變及超導(dǎo)轉(zhuǎn)變具有重要的意義，為相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)研究指引了方向。研究成果發(fā)表于Physical Review Letters 109，159004（2012）。相關(guān)工作還發(fā)表于Physical Review B，84，132101（2011）。

　　這些研究得到了中國(guó)科學(xué)院金屬研究所葛庭燧獎(jiǎng)研金、中國(guó)科學(xué)院王寬誠(chéng)博士后工作獎(jiǎng)勵(lì)基金以及國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（973計(jì)劃）的資助。