2023年，注定是不平凡的一年！從本期開始，我們將對理論與計算領域的大牛，對之前的成果工作進行簡單匯總，希望能夠為科研工作者們提供一些思路及想法。

本期為2023版新版名人堂介紹，本期為第4期。

名人介紹

馬琰銘，男，于1972年9月生，2001年于吉林大學獲理學博士學位，后赴加拿大科學院和瑞士蘇黎世高等工學院開展博士后研究工作。唐敖慶特聘教授，博士生導師，"萬人計劃"領軍人才 ，國家杰出青年基金 ，國家百千萬人才工程 ，中國青年科技獎，國務院政府特殊津貼，任中國核學會計算物理理事會副理事長，中國物理學會高壓物理專業(yè)委員會委員、凝聚態(tài)計算專業(yè)委員會委員，中國材料學會計算材料分會委員 ，任Comput Mater Sci期刊副主編，科學通報、科技導報、Sci Rep期刊編委。曾任吉林大學物理學院院長 ?，F(xiàn)為吉林大學黨委常委，副校長 。

馬琰銘博士長期從事高壓下凝聚態(tài)物質的新結構與新效應等方面的研究，獲得了若干新奇的高壓結構相變，特別是馬琰銘博士首次發(fā)現(xiàn)了有違傳統(tǒng)高壓理論的新型高壓相變--金屬鈉在200萬大氣壓轉變?yōu)?#34;透明"的寬帶隙絕緣體，研究成果發(fā)表在國際權威期刊《Nature》上、并入選2009年中國基礎研究十大新聞，被國際高壓著名科學家在Nature 和Nature Photonics 撰文焦點評述，被Science daily，Chemistry World 等科學媒體亮點宣傳，這一工作顛覆了以往學術界公認的壓力將增強金屬導電能力的論斷，揭示了芯電子對原子間化學成鍵的重要影響是導致反常壓致金屬--絕緣體相變的原因，為高壓理論的進一步發(fā)展帶來了契機;馬琰銘博士還在高壓軟模相變和高壓相新型功能材料(如超導、熱電、超硬材料)的研究上獲得了重要進展，多項研究成果發(fā)表在權威物理學刊物《Physical Review Letters》和《PNAS》上。

馬琰銘博士發(fā)展了晶體結構預測新技術，首次將粒子群優(yōu)化算法應用到晶體結構預測領域，發(fā)展了擁有自主知識產(chǎn)權的晶體結構預測CALYPSO程序，該方法現(xiàn)已經(jīng)在國內(nèi)外幾十個研究單位得到推廣和使用。

鑒于推文字數(shù)所限，同時馬教授2022年的發(fā)表文章眾多(據(jù)不完全統(tǒng)計，包括4篇PRL、3篇JACS、2篇Nature Communications以及1篇PNAS等等)，不可能一一列舉，因此，我們只對其中的五篇進行了闡述。其他文章，感興趣的同學可自行查閱馬琰銘老師的主頁http://mym.calypso.cn/mym.html

研究成果

1. JACS：鑭系/錒系極端超氫化物室溫以上超導性的預測

由于廣泛的基本興趣和誘人的潛在應用，實現(xiàn)室溫超導一直是一項持久的科學追求。最近發(fā)現(xiàn)的高壓包合物超氫化物LaH10，其超導臨界溫度(Tc)為250-260 K，使其非常接近實現(xiàn)這一長期追求的目標。在此，為了解決這一挑戰(zhàn)，馬琰銘教授團隊報道了一種基于先進晶體結構搜索方法的一種新的極富氫包合物超氫化物MH18?(M:稀土/錒系原子)化學計量化合物的顯著發(fā)現(xiàn)，其穩(wěn)定在實驗可達壓力為350 GPa。這些化合物預計能容納高達330 K的Tc，遠高于室溫。這些MH18包合物超氫化物的鍵合和電子性質非常類似于原子金屬氫，從而產(chǎn)生了迄今為止在熱力學穩(wěn)定的氫化物化合物中發(fā)現(xiàn)的最高Tc。對這些極端超氫化物的深入研究，為解釋富氫和其他低Z-材料中聲子介導的室溫以上超導性提供了見解。

參考文獻：

Zhong, Xin, et al. "Prediction of above-room-temperature superconductivity in lanthanide/actinide extreme superhydrides."?Journal of the American Chemical Society?144.29 (2022): 13394-13400.

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c05834

2.PRL：包合物氫化鈣的高溫超導相CaH6在172 GPa的壓力下達到215 K

近年來超導稀土和錒系超氫化物的發(fā)現(xiàn)，開啟了高壓超導研究的新時代。這種獨特類型的籠形金屬氫化物，最初是為堿土金屬氫化物CaH6提出的，然而，長期以來一直未能進行實驗合成，阻礙了對相關物理的理解。在此，馬琰銘教授團隊報道了CaH6的成功合成及其在172 GPa下的超導臨界溫度Tc為215 K，這可以通過在高達9 T的磁場下電阻率急劇下降至零和Tc的特征性下降來證明。基于Werthmer-Helfand-Hohenberg模型的估計給出了203 T的巨大零溫度上臨界磁場。這些卓越的基準超導特性使CaH6成為最杰出的高溫度超氫化物之一，標志著它是迄今為止稀土和錒系氫化物家族之外唯一的籠狀金屬氫化物。這一特殊情況提出了將特殊類別的高溫度超氫化物擴展到更廣泛的化合物的巨大前景，這些化合物具有更多樣化的材料特征和物理特征。

參考文獻：

Ma, Liang, et al. "High-temperature superconducting phase in clathrate calcium hydride CaH6 up to 215 K at a pressure of 172 GPa."?Physical Review Letters?128.16 (2022): 167001.

原文鏈接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.167001

3.PRL：電場控制中心對稱反鐵磁半導體中的塞曼效應

中心對稱反鐵磁半導體，雖然在自然界中很豐富，但在半導體自旋電子學的實際應用中，似乎不如鐵磁體和鐵電體那么有前途。事實上，缺乏自發(fā)極化和磁化，阻礙了這些材料中電子自旋的有效利用。在此，馬琰銘教授團隊提出了一種通過電子能級的塞曼自旋分裂(稱為自旋塞曼效應)，來利用中心對稱反鐵磁體中的電子自旋的范式，這是由電場控制的。通過對稱性分析，研究者確定了21個具有自旋塞曼效應的中心對稱磁點群。研究者進一步通過第一原理預測了兩種反鐵磁半導體，F(xiàn)e2TeO6和SrFe2S2O，是由6MV/cm的電場誘導的分別為~55和~30 meV的Zeeman分裂的優(yōu)秀候選。此外，與分裂能級相關的電子自旋磁化可以通過反轉電場來切換。本文闡明了反鐵磁中電子自旋的電場控制，拓寬了中心對稱反鐵磁半導體的應用范圍。

參考文獻：

Zhao, Hong Jian, et al. "Zeeman Effect in Centrosymmetric Antiferromagnetic Semiconductors Controlled by an Electric Field."?Physical Review Letters?129.18 (2022): 187602.

原文鏈接：
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.129.187602

4.PNAS：固體分子氫的應力誘導高TC超導

固體分子氫,被預測在超高壓靜流體壓力下,具有金屬和高溫超導性，這推動了目前的實驗極限。同時，在極端壓力下，各向異性應力不可避免地存在，也可能有意引入，非流體靜力條件對其電子性能的影響尚不清楚。在此，馬琰銘教授團隊通過第一性原理計算表明，壓縮到數(shù)兆巴壓力的固體分子氫可以承受大的各向異性壓縮或剪切應力，這反過來又會導致主要的晶體對稱性減少和電荷重新分配，加速帶隙閉合，促進相對于純靜水壓縮的超導性。該發(fā)現(xiàn)突出了迄今為止尚未探索的產(chǎn)生超導致密氫的機制，對探索富氫化合物和其他分子晶體中的類似現(xiàn)象具有意義。

參考文獻：

Song, Xianqi, et al. "Stress-induced high-Tc superconductivity in solid molecular hydrogen."?Proceedings of the National Academy of Sciences?119.26 (2022): e2122691119.

原文鏈接：

https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2122691119

5.Nature Communications：無軌道密度泛函理論的非局域偽勢能密度泛函

無軌道密度泛函理論(OF-DFT)是一種計算成本低的電子結構方法，它與模擬原子的數(shù)量成線性關系，適用于大規(guī)模的材料模擬。由于沒有軌道可用，一般認為OF-DFT嚴格要求使用局域偽勢，而不是軌道相關的非局域偽勢來計算電子-離子相互作用能。這是一個不幸的情況，因為已知非局部贗勢比局部贗勢具有更好的可移植性和計算精度。在此，馬琰銘教授團隊報告了一個理論方案的發(fā)展，允許在OF-DFT中直接使用非局部偽勢。在這個方案中，非局部贗勢能量密度泛函是由非局部贗勢投影到非相互作用的密度矩陣(而不是“軌道”)上推導出來的，可以明確地近似為電子密度的泛函。該發(fā)展挑戰(zhàn)了非局部偽勢不適用于OF-DFT的信念，從而創(chuàng)造了一種優(yōu)于傳統(tǒng)方法的OF-DFT替代理論框架。

參考文獻：

Xu, Q., Ma, C., Mi, W. et al. Nonlocal pseudopotential energy density functional for orbital-free density functional theory.?Nat Commun?13, 1385 (2022).?https://doi.org/10.1038/s41467-022-29002-3

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41