【新闻中心讯】近日，燕山大学亚稳材料全国重点实验室高压科学中心田永君院士团队联合南开大学、北京高压科学研究中心、南京大学等单位，首次合成一阶钠插层石墨（stage-1 Na-CIC），并观测到31 K的起始超导转变温度，刷新了已报道石墨插层化合物的超导温度纪录。该成果以“Superconductivity at 31 K in a stage-1 sodium-intercalated graphite”为题，于2026年8月1日在化学国际期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）在线发表。
高压合成一阶钠插层石墨，实现31 K超导电性
（以上照片由亚稳材料全国重点实验室、科学技术研究院提供）
石墨插层化合物（Graphite Intercalation Compounds, GICs）是一类典型的层状材料，其结构特征为客体原子或分子嵌入石墨烯层间。根据插层周期性，n阶GIC定义为客体物种连续规则地插入每n层石墨烯。客体原子的种类，浓度与插层序构可显著调控层间石墨的电子结构，进而诱发超导电性。典型GIC代表包括KC8（Tc~ 0.55 K）和CaC6（Tc~ 11.5 K）等。前期周向锋教授课题组理论预测，高压可将钠原子填入每一层石墨烯间隙，形成高密度的一阶钠插层石墨，其超导转变温度5GPa突破40 K [Phys. Rev. B108, 214507 (2023)]，逼近甚至超越经典轻质超导体二硼化镁MgB2（Tc~ 39 K）。在理论预测启发下，近期研究发现二阶钠插层石墨（stage-2 Na-GIC）在高压下可实现22–28 K的超导转变，取得了阶段性重要进展。然而，受限于完全嵌入所需克服的超高热力学势垒，合成一阶Na-GIC面临挑战。
针对这一核心问题，研究团队采用富钠前驱体（Na:C摩尔比1:3）结合室温机械研磨的制备方法，利用残余钠作为加压过程中的插层“储库”，通过压力驱动实现了钠原子的连续嵌入。高压原位同步辐射X射线衍射证实，该过程经历从初始八阶（stage-8）、中间二阶（stage-2）、最终到全插层一阶（stage-1）的持续阶数转变。高压电输运测量显示，该一阶相在15.6 GPa压力下呈现出最优超导特征：电阻在31 K开始陡降，26.7 K达到零电阻；同时磁化率测量观察到明显的抗磁性信号，体积分数达89.3%，证实其体超导行为。结合基于进化算法的晶体结构预测，最终确定该31 K超导相为具有正交晶系Imma对称性的NaC3结构。第一性原理计算进一步揭示其超导机制源于石墨烯面外电子与低频Na/C振动模式之间的强电声耦合。该工作通过压力驱动插层阶数转变，首次实现了一阶钠插层石墨的可控合成，将碳基插层超导体的Tc记录提升至30 K以上，展示了压力驱动成分调控策略在探索轻元素高温超导化合物方面的巨大潜力。
该论文共同第一作者为柳远庆、黄明星、郝春梅博士，通讯作者为柯峰教授、周向锋教授和田永君院士。研究工作得到了国家重点研发计划（2022YFA1402300、2023YFA1406200）、国家自然科学基金（52288102、52090020、52372157）、河北省自然科学基金（E2025203149、E2026203211）、中国博士后科学基金（2025M781016）等项目资助，部分实验依托上海同步辐射光源BL17UM线站完成。（编辑 王艳）
