近日，吉林大学原子与分子物理研究所崔中华教授团队在元素超导研究方面取得重要进展，相关成果以“Bilayer Borophenes Establish a New Upper Limit for Elemental Superconducting Transition Temperatures”为题，于2026年8月4日发表于国际物理学权威期刊《Physical Review Letters》。

元素超导体由单一元素构成，具有成分简单、结构清晰和物理机制易于解析等特点，是研究超导起源及电子配对机制的重要模型体系。自1911年Onnes在汞体系中首次发现超导电性以来，目前已有10余种元素被证实在常压下具有超导性，但其超导转变温度（T_c）普遍低于10 K。近年来的研究表明，高压是提升元素超导体T_c的有效途径。例如，实验研究发现，钪在260 GPa高压下的T_c可达到约36 K，是目前已报道的元素超导体中最高T_c记录。

在BCS理论框架下，实现高T_c通常需要体系同时具备较高的特征声子频率和较强的电子-声子耦合。然而，对于元素超导体而言，较低的特征声子频率限制了T_c的进一步提升；与此同时，通过软化声子增强电子-声子耦合往往又会导致晶格动力学失稳。因此，如何在保持结构稳定性的同时兼顾高特征声子频率和强电子-声子耦合，是突破元素超导体T_c限制所面临的重要挑战。

图1 超导元素的三维周期表。

针对这一问题，崔中华教授团队结合第一性原理计算与高通量超导筛选，对9000余种双层硼墨烯构型进行了系统研究，发现其中65种为动力学稳定的声子介导超导体，并进一步发现5种结构的T_c超过30 K。其中，最优候选结构为AA堆叠的v_1/7双层硼墨烯，其常压下超导转变温度可达68 K，超过目前已知元素超导体的最高T_c，包括高压条件下稳定存在的元素超导相，将元素超导体的T_c上限提升至接近液氮温区。研究进一步揭示了双层硼墨烯实现高T_c的微观机制。结果表明，层间B-B共价键是形成高温超导的重要因素。层间成键显著提升了费米能级附近的电子态密度，并形成协同的电子-声子耦合机制：面内p_x,y电子态主要与面内声子振动模式耦合，面外p_z电子态则主要与面外声子振动模式耦合。这种协同耦合机制在增强电子-声子耦合强度的同时，有效保持了晶格的动力学稳定性，从而实现了强电子-声子耦合、高特征声子频率与结构稳定性之间的平衡。

该研究表明，多层硼墨烯为突破传统元素超导体较低T_c的限制提供了新的材料设计思路，并有望成为探索高T_c元素超导及理解超导微观机制的重要模型体系。相关发现进一步拓展了元素超导体的理论研究范围，为未来高温元素超导体的设计与研究提供了新的方向。

图2 AA堆叠的v_1/7双层硼墨烯的晶体结构，电子结构和超导电性。

吉林大学原子与分子物理研究所为本项工作的第一完成单位，鼎新学者王孟辉为第一作者，崔中华教授为独立通讯作者。该研究得到国家自然科学基金项目和中央高校基本科研业务费的支持。

全文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/8l19-rdn2