在（局域）非中心对称超导体中，中心反演对称性的缺失会引入反对称自旋-轨道耦合效应，从而催生诸多新奇量子现象，例如自旋单重态-三重态混合配对、拓扑超导以及超导二极管效应等。然而长期以来，此类材料的获得往往依赖偶然发现或复杂的人工制备手段，极大限制了材料体系的多样性及其物性的系统研究。

 为此，物理学院曹光旱教授课题组基于此前提出的“块层”模型[Z. C. Wang et al., Nano Research 14, 3629 (2021)]并结合对“22241”结构家族的系统研究，提出了一种将局域非中心对称（LNC）块层与超导活性层交替堆叠得到LNC超导体的结构设计策略。图1上部所示为该研究组于2012年设计合成的首个22241型化合物Ba₂Ti₂Fe₂As₄O[J. Am. Chem. Soc. 134, 12893 (2012)]的结构示意图，可看作由1221型化合物BaTi₂As₂O和122型化合物BaFe₂As₂（ThCr₂Si₂结构，含有反萤石型[Fe₂As₂]层）交替堆叠而成。近期，他们还发现了一种22241变体结构化合物Th₂Mo₂Ir₂Si₄C（记作22241′相）[J. Am. Chem. Soc. 147, 11172 (2025)]，该结构可视为1221型ThMo₂Si₂C与122′型ThIr₂Si₂（反ThCr₂Si₂结构，含有萤石型[Si₂Ir₂]层）的交生。可见，1221 型结构既能单独与反萤石型块层结合，也能单独与萤石型块层交生。基于这一特性，研究团队进一步设想，将 1221 块层同时与反萤石型和萤石型块层相结合，设计提出了又一种新的 22241 变体结构：22241^*相（如图1中部所示）。值得注意的是，由于122^*块层缺乏局域反演对称中心，因而所形成的22241^*结构呈现局域非中心对称性。

图1. 1221块层分别与122、122′和122^*块层交生形成22241、22241′与22241^*结构示意图。

 在实验上，团队通过电弧熔融法成功合成了首个22241^*结构化合物Th₂Mo₂Rh₂Si₄C。该材料由反萤石型[Rh₂Si₂]层、[Mo₂Si₂C]超导层和萤石型[Si₂Rh₂]层构成，由于[Mo₂Si₂C]层上下不等价的化学键合，其面外镜面对称性亦被破坏，导致局域反演对称性破缺。

 物性测量表明，Th₂Mo₂Rh₂Si₄C具有体超导电性，并在保持其构成单元ThMo₂Si₂C的超导转变温度（T_c ~ 2.1 K）的同时，其上临界场µ₀H_c2(0) 可达 1.39 T，相较ThMo₂Si₂C提高了五倍。第一性原理计算进一步揭示了该材料在费米面附近存在若干具有能隙的狄拉克点，并且在考虑自旋-轨道耦合效应后，在Г点附近可以观察到Rashba型自旋劈裂行为。

图2. Th₂Mo₂Rh₂Si₄C的超导转变（左、中）及上临界场（右）。

 该工作不仅成功构筑了一种兼具超导性与能带拓扑特性的局域非中心对称超导材料，为研究超导与Rashba型自旋-轨道耦合相互作用提供了崭新的材料平台，而且文章所提出的模块化结构设计策略，为探索更多的 LNC 超导体提供了思路。

 相关成果以“Superconductivity in the Locally Noncentrosymmetric Th₂Mo₂Rh₂Si₄C by Rational Design”为题，发表于《Journal of the American Chemical Society》。浙江大学物理学院已毕业博士生李华旬为论文第一作者，曹光旱教授和浙大城市学院孙云蕾副教授为共同通讯作者。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.5c15165