2025年3月28日，《Science Advances》在线刊发了题为“Mechanism of high-temperature superconductivity in compressed H2-molecular–type hydride”的论文。该成果由我院庄全副教授与宁波大学崔田教授和刘召特聘研究员、吉林大学许强副教授等合作完成，庄全副教授为论文共同第一作者。
在本研究中，基于第一性原理计算，成功设计出压致H2分子型氢化物CaH14，并预测其在高压下具有204 K的高温超导转变温度。研究发现，其独特的电子结构特征在于费米面处显著出现近自由电子气，但H2分子结构保持完整并未发生解离。这一发现表明超导转变的必要条件是形成库伯对的自由电子气作为费米海，而非原子氢。研究团队在Kohn-Sham密度泛函理论框架下揭示出该分子氢化物有效势并阐明近自由电子气的产生机理。如图所示，（i）随着压力的施加，H2单元和Ca离子形成的有效势阱彼此移动，形成较低的有效势脊连接；（ii）由于强烈的泡利排斥效应，电子占据更高能级，其典型特征是高费米能级的形成。因此，由压力引起的电子动能的增加超过了Ca和H2阳离子所形成的有效势阱的束缚，从而使电子从势阱中逸出，形成了类似于凝胶背景电荷上的自由电子气。
研究团队进一步揭示了其高温超导的起因：分子氢衍生的中频声子振动驱动了较大的电声耦合矩阵元以及费米面嵌套引发的声子软化效应散射自由电子形成Cooper对。此外，进一步的结构动力学研究表明，该分子型氢化物能够将所需压力降至大腔体压机可实现的合成范围。并在50 GPa下仍可保持60 K的高温超导电性，80 GPa下超导转变温度可达84 K，这一数值显著高于液氮温度（77 K）。
该研究结果建立了分子型氢化物高温超导的研究范式，为在低压条件进一步开展分子型氢化物高温超导体的理论设计和实验制备开辟了新的方向。审稿人对该工作给予了高度评价，指出“分子型氢化物的高压超导研究起始于大约17年前，当时，这类氢化物超导转变温度相对较低。自H3S被发现之后，每个人的注意力都集中在原子氢化物上。现在，有了这项工作，分子氢化物又回到了研究的焦点”。
《Science Advances》是Science旗下综合性子刊，其涵盖物理、生命科学、工程、环境科学、社会科学等多个领域，旨在发表高质量、跨学科的原创研究成果。该期刊影响因子持续位居多学科综合期刊前列，是科研人员展示突破性发现的重要平台。