超導(dǎo)電性是一種物質(zhì)在極低溫下出現(xiàn)的一種奇特的現(xiàn)象，它可以讓電流無阻力地流過物質(zhì)。這種現(xiàn)象非常有用，比如可以用來制造強(qiáng)大的磁體，或者實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算等高科技應(yīng)用。但是，超導(dǎo)電性的出現(xiàn)條件非常苛刻，一般需要將物質(zhì)冷卻到極低的溫度，這樣才能讓電子之間形成一種叫做庫珀對的特殊狀態(tài)，從而克服晶格振動的干擾，實(shí)現(xiàn)無阻力的電流。

那么，有沒有可能讓超導(dǎo)電性在更高的溫度下出現(xiàn)呢？這是物理學(xué)家們長期追求的一個夢想，因?yàn)槿绻軌驅(qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)，那么超導(dǎo)電性的應(yīng)用就會大大增加，而且也會揭示出更深刻的物理原理。事實(shí)上，自從1911年超導(dǎo)電性被發(fā)現(xiàn)以來，物理學(xué)家們就一直在努力提高超導(dǎo)電性的臨界溫度（Tc），也就是超導(dǎo)電性出現(xiàn)的最高溫度。

目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些具有較高Tc的超導(dǎo)材料，比如銅氧化物和鐵基超導(dǎo)體，它們有些可以在液氮的沸點(diǎn)（77 K）以上保持超導(dǎo)電性。但是，這些材料的結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，而且超導(dǎo)電性的機(jī)制還不是很清楚，所以對于理論的發(fā)展和實(shí)驗(yàn)的控制都有一定的困難。

那么，如果我們只用一種元素，而不是多種元素的復(fù)合物，能不能實(shí)現(xiàn)高溫超導(dǎo)電性呢？這是一個非常有意思的問題，因?yàn)閱我辉氐某瑢?dǎo)電性更容易理解和分析，而且也更能體現(xiàn)出超導(dǎo)電性的本質(zhì)。但是，單一元素的超導(dǎo)電性的Tc一般都很低，比如最高的是鈮，只有9.2 K。這是因?yàn)閱我辉氐碾娮咏Y(jié)構(gòu)比較簡單，電子-聲子耦合比較弱，所以很難形成穩(wěn)定的庫珀對。那么，有沒有什么辦法可以改變單一元素的電子結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)電子-聲子耦合，提高Tc呢？答案是有的，那就是高壓。

高壓是一種非常強(qiáng)大的手段，它可以改變物質(zhì)的原子間距，從而改變物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)，甚至引發(fā)物質(zhì)的相變，產(chǎn)生一些新的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。高壓對于超導(dǎo)電性的影響也非常顯著，它可以使一些本來不是超導(dǎo)體的元素變成超導(dǎo)體，也可以使一些本來是超導(dǎo)體的元素的Tc發(fā)生變化：有的升高，有的降低，甚至有的出現(xiàn)非單調(diào)的變化。高壓下的超導(dǎo)電性是一個非常活躍的研究領(lǐng)域，已經(jīng)有很多有趣的發(fā)現(xiàn)和理論，比如氫化物的高溫超導(dǎo)電性，以及超導(dǎo)電性的相圖等等。

最近，我國的一篇論文報(bào)道了一個非常令人驚訝的結(jié)果，那就是在高壓下，鈧這種元素的超導(dǎo)電性的Tc可以達(dá)到30 K以上，這是迄今為止已知的單一元素的超導(dǎo)電性的最高Tc，甚至可以和一些復(fù)雜的超導(dǎo)材料相媲美。這篇論文的作者使用了金剛石對頂砧這種裝置，可以產(chǎn)生高達(dá)283 GPa的壓力，然后用電阻和磁化率這兩種方法來測量鈧的超導(dǎo)電性的Tc。

他們發(fā)現(xiàn)，隨著壓力的增加，鈧的Tc從43 GPa時(shí)的3 K，逐漸升高到283 GPa時(shí)的32 K，而且沒有出現(xiàn)飽和的跡象，說明如果壓力再增加，Tc可能還會繼續(xù)升高。這是一個非常驚人的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗蚱屏藛我辉氐某瑢?dǎo)電性的Tc的上限，而且也提出了一個新的問題，那就是為什么鈧的超導(dǎo)電性的Tc會隨著壓力的增加而升高呢？

為了解釋這個問題，作者使用了第一性原理計(jì)算，來分析鈧在不同壓力下的電子結(jié)構(gòu)和電子-聲子耦合。他們發(fā)現(xiàn)，隨著壓力的增加，鈧的晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生了幾次相變，從hcp到fcc，再到hcp，最后到hcp fcc的混合相。這些相變會導(dǎo)致鈧的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，特別是3d軌道的能級會隨著壓力的增加而升高，從而接近費(fèi)米能級，增加了電子態(tài)密度。這樣，電子-聲子耦合就會增強(qiáng)，從而提高Tc。

作者還計(jì)算了鈧的聲子譜和聲子線寬，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增加，聲子譜的整體頻率會升高，而聲子線寬會降低，這也說明了電子-聲子耦合的增強(qiáng)。作者還給出了一個經(jīng)驗(yàn)公式，來描述鈧的Tc和壓力的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得很好。