在多元素复杂体系中寻找新型超导体是极具挑战性的研究课题。基于二维块层交生结构设计，可以创造性地将不同超导块层构筑在一起，形成多元的天然超晶格型新型超导体，并可望诱导出新奇物态。

    近日，物理学院曹光旱教授课题组利用他们多年来发展的“块层”模型[Z. C. Wang et al., Nano Research 14, 3629 (2021)]，设计并成功合成了一种五元的交生结构新超导体Th₂Mo₂Ir₂Si₄C。该化合物的晶体结构是由两个超导块层ThMo₂Si₂C和ThIr₂Si₂沿晶体学c方向交替堆叠而成。ThIr₂Si₂具有CaBe₂Ge₂型结构，包含萤石型的[Si₂Ir₂]层和反萤石型的[Ir₂Si₂]层，这两种块层均可单独与ThMo₂Si₂C交生形成交生结构。通过晶格匹配度分析和形成能计算，研究团队预期由萤石层[Si₂Ir₂]构筑的22241'构型更加稳定。X射线衍射和高分辨透射电镜实验结果进一步证实了该结构猜测。

电输运和磁化率测量表明该化合物具有体超导电性。其超导转变温度（T_c = 3.4 K）和零温上临界场（μ₀H_c2 = 0.95 T）相较于两个构成材料均有显著提升，可能源于块层间较强的Si-Ir键产生的强耦合作用。低温比热测量揭示出两个超导能隙。第一性原理计算表明，新超导体的能带结构具有狄拉克色散特征，暗示其潜在的拓扑超导电性。这些发现不仅展示了基于超导结构单元的设计策略以及该新超导体的特色，也为探索其他交生功能材料提供了一种切实可行的方法，助推相关新材料研究的进一步发展。

图1 Th₂Mo₂Ir₂Si₄C的晶体结构（左）及超导转变（中、右）。

该成果以“Th₂Mo₂Ir₂Si₄C: An Intergrown Superconductor by Structure Design”为题，近期发表于《Journal of the American Chemical Society》。论文第一作者是浙江大学物理学院博士生李华旬，通讯作者是浙大城市学院孙云蕾副教授、湘潭大学蒋好博士、以及浙江大学物理学院曹光旱教授。该工作得到了科技部国家重点研发计划等研究项目的大力支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c17616