在元素周期表中，存在一块由过渡金属元素构成的区域，其中的一些元素具有3d轨道电子行为。这些3d轨道电子具有局域和巡游的双重性，两者之间的微妙平衡可能会导致很多新奇量子现象的出现，比如高温超导。目前的三大类非常规高温超导家族，如铜氧化物、铁基和镍基均属于这个范畴。这些3d轨道元素中以锰的磁性最强，在探索新超导体的过程中，人们通常避免使用锰元素。 最近南京大学物理学院的闻海虎教授团队与孙建教授课题组合作，在富含磁性元素锰的钛锰（Ti_1-xMn_x）合金中通过加压观测到高达26 K的超导电性，为锰基材料中的高温超导电性探索提供了重要线索。

单质钛元素超导转变温度大约是0.5K左右。早期Matthias等人注意到在Ti单质中加入Mn，Cr, Fe等元素后，超导转变温度能够增长到2.5K左右，这出乎人们的预期。 闻海虎团队在前期的研究工作中发现，在钛（Ti）单质中掺入磁性元素锰（Mn）之后，会在立方结构的 β 相Ti_1-xMn_x中形成增强的超导【Phys. Rev. B 108, 054516 (2023)】，而不是Matthias 等人所判断的在掺入Mn的a相（六角相）就会出现超导。最近，该团队李庆博士等通过金刚石对顶砧技术实现了160万大气压的极端测量环境，通过测量β 相Ti_1-xMn_x在该压力范围内的超导转变，发现T_c随压力的增加而单调递增，最高T_c达到26 K，是常压下T_c（2.5 K）值的十倍，也是目前已报到的含Mn化合物中T_c最高的超导体。进一步的测量发现该超导态的上临界磁场超过泡利极限，而与孙建教授课题组合作的基于电声子耦合的第一性原理计算结果无法与实验测量结果很好地吻合，因此他们认为压力下Ti_1-xMn_x合金中如此高转变温度的超导现象可能具有非常规的配对机理。

图1. 左图为Ti_1-xMn_x合金压力下的超导相图（上面不同的实心点），插图为β相晶体结构示意图；右图为上临界磁场及其拟合结果，以及超越泡利极限的情况。

该工作于2024年7月22日以“Record-High Superconducting Transition Temperature in a Ti_1-xMn_x Alloy with the Rich Magnetic Element Mn”为题发表在J. Am. Chem. Soc. (DOI:10.1021/jacs.4c06836) 上。此项工作是由南京大学闻海虎教授团队主导完成，孙建教授课题组进行了第一性原理的计算。物理学院博士生张英杰和朱怡杰为共同第一作者，物理学院李庆助理研究员、孙建教授和闻海虎教授为共同通讯作者。

此工作得到国家重点研发计划、自然科学基金委、教育部双一流学科建设、 2011计划“人工微结构科学与技术协同创新中心”的支持，在此表示感谢。

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Record-High Superconducting Transition Temperature in a Ti_1−xMn_x Alloy with the Rich Magnetic Element Mn

Ying-Jie Zhang,^† Yijie Zhu,^† Qing Li,^* Zhe-Ning Xiang, Tianheng Huang, Jian Sun,^* and Hai-Hu Wen^*. J. Am. Chem. Soc. (2024). (https://doi.org/10.1021/jacs.4c06836). Record-High Superconducting Transition Temperature in a Ti1–xMnx Alloy with the Rich Magnetic Element Mn | Journal of the American Chemical Society (acs.org)