研究背景：
近年来，寻找高温超导材料一直是物理学和材料科学领域的热门话题。超导材料因其在电力传输、量子计算、医学成像等领域的重要应用，激发了全球范围内的广泛研究。然而，绝大多数超导材料需要在极低温度下工作，通常低于液氮温度（77K）。随着科技的发展，科学家们对寻找能够在更高温度下工作的超导材料充满了期待。
在诸多研究材料中，二硼化镁（MgB2）因其较高的超导转变温度（约40K）而引发了人们的兴趣。该材料的超导性能源于其独特的层状结构和强大的电子-声子耦合（EPC）。因此，研究人员开始探索与MgB2类似的材料体系，如LiBC。尽管LiBC与MgB2结构类似，理论上也有望具备超导性，但其本质上却是半导体，而非金属。因此，如何将LiBC转变为金属态成为了一项极具挑战性的任务。
过往研究提出了多种方法试图实现LiBC的金属化，例如通过引入锂空位、掺杂、压力处理等，但这些方法均存在局限性。例如，锂空位的引入会导致晶格畸变，掺杂或压力处理也需要苛刻的实验条件。近期，科学家们开始尝试通过氢化处理来提升材料的导电性，并已在其他材料中观察到显著的超导提升效果。
在此次研究中，来自北京应用物理与计算数学研究所等多个研究机构的研究团队提出了一种通过氢化来金属化LiBC的新方法，并且首次发现氢化的二维单层LiBC材料具有高达82.5K的超导转变温度。更重要的是，该材料表现出了三能隙超导现象。这一发现不仅为LiBC的超导性能开辟了新的研究方向，也为未来寻找高温超导体提供了重要的启示。
研究结果：
研究人员使用第一性原理计算和全各向异性Migdal-Eliashberg理论，详细研究了氢化后的LiBC材料的电子和声子特性。他们发现，氢化后材料中的锂原子与氢原子之间形成了新的化学键，使得电子-声子耦合增强，进而提升了超导转变温度。此外，通过对材料施加小的应变（例如3.5%的拉伸应变），研究团队发现材料的超导转变温度可以进一步提升至120K。这意味着该材料在未来可能具备广泛的实验应用潜力。
A. 晶体结构
首先，研究团队探讨了氢化后的LiBC系统的晶体结构，并通过多种可能的氢化位置进行模拟。通过动态稳定性分析，他们确定了两种结构是动力学上稳定的，这两种结构分别是B原子和C原子被氢化，称为LiBCH和LiCBH。计算表明，LiBCH的总能量略低于LiCBH，这意味着前者的结构在热力学上更为稳定。
此外，研究团队还计算了LiBCH和LiCBH的晶格参数、键长和层间距，并对其热力学、机械、动力学及电子稳定性进行了验证。
B. 电子和声子特性
基于第一性原理计算，研究分析了LiBCH和LiCBH的电子带结构和态密度（DOS）。他们发现，在费米面附近，电子主要来源于B/C的σ态、π态及氢原子的s态，这种电子分布有助于增强电子-声子耦合（EPC）。特别是氢化后，材料在费米能级的电子态密度增加，这对提升EPC非常关键。
在LiBCH和LiCBH的电子带结构中，有三个带穿过费米面，其中两个带来自于B/C的σ态，而另一个带主要由B/C的π态和氢原子的s态杂化产生。费米面呈现出三重区分特性，这与材料的三能隙超导性质密切相关。
C. 三能隙超导性
研究的重点之一在于LiBCH和LiCBH中发现了三能隙超导现象。通过计算，研究团队确定了这两种材料的超导转变温度分别为82.0K和82.5K。通过分析材料的费米面，他们发现在三个区域存在不同的超导能隙，分别为σ1、σ2和μ对应的费米面片。EPC主要来自于费米面上的σ1和σ2片，并且不同区域的电子态对超导能隙有显著的影响。
研究还发现，B-C平面内的声子振动与σ态的电子耦合非常强，这是形成高超导转变温度的关键因素。电子-声子耦合的强度和三能隙的特性使LiBCH和LiCBH成为典型的三能隙超导体。
D. Tc的提升：双轴应变的作用
双轴应变对材料的超导特性具有显著影响。研究团队通过逐步施加双轴拉伸应变，发现当LiBCH和LiCBH分别施加2.1%和3.5%的拉伸应变时，其超导转变温度可以分别提升至103.5K和120.0K。这样的超导转变温度在二维材料中十分罕见，表明通过应变调控可以显著提升材料的超导性能。
应变作用下，EPC强度显著增强，尤其是在高对称K-Γ方向附近，声子软化现象显著，导致超导性能的大幅提升。此外，应变还促进了氢原子的面外振动，这对EPC的增强起到了关键作用。
