-BaH12的热力学和动力学都不稳定(ΔHform> 0.19eV/atom),因此可能扭曲为低对称性的Cmc21、P21或者P1,并且XRD图谱上较弱的非立方相的衍射峰也证明了结构扭曲的可能性。结合实验上观测到BaH12具有的金属性,从而判定合成出的BaH12具有Cmc21结构。
图2:几种扭曲立方结构BaH12的声子和电子态密度图
电子局域分布函数计算结果表明,Cmc21-BaH12结构中氢原子以H2(dH-H=0.78Å)和
(dH-H=0.81和1.07 Å)单元的形式存在,两者组成H12的马蹄形长链(dH-H<0.78 Å)(图3)。Bader电荷分析表明,电子由Ba原子向H原子转移。因此,Ba-H键为离子键,而H-H主要为共价键。态密度图谱显示费米面处83%的电子来自于氢,BaH12的导电性源自H12长链构成的氢原子层,这是首次发现的具有金属性的分子氢化物。
图3:150 GPa压力下Cmc21-BaH12结构的电子局域函数及态密度分布
为了研究Cmc21-BaH12结构的金属性和超导性,我们进行了原位高压电学测量。在140 GPa、1600 K条件下制备目标样品后,原位高压电阻测量结果证实了其金属性,并在140 GPa具有20 K的超导转变温度,与理论结果符合(图4)。BaH12是目前实验上合成的含氢量最高,稳定压力最低的金属氢化物,为金属氢及富氢化合物的超导研究提供了新思路。