在富氢材料中,IVA族的共价型氢化物在原子数比例上,比其他主族包含有更多的氢原子,在含氢容量上具有其他族氢化物不可比的优势。应用BCS理论Ashcroft等认为固态金属氢将具体很高的超导转变温度,近年来定量的理论计算表明固态金属氢的超导转变温度超过102 K数量级。到目前为止,固态金属氢仍然是一个具有重大物理意义的课题,但是直到压强升高到342 GPa时仍然没有看到金属化的固态氢。IVA族氢化物具有较高的含氢百分比,这一点不仅对储氢很重要,同时也会带来其他有意义的物理特性。含氢高的材料通常有希望具有较高的超导转变温度。这是因为按照BCS理论,较小的原子质量将会带来较高的Debye温度,从而导致较高的超导转变温度。处于高压下IVA族的共价型氢化物,由于“化学预压缩(chemically precompressed)”而更容易金属化,将具有金属氢相似的物理特征,因此是潜在的高温超导体。目前,对高压下IVA族氢化物的研究主要集中在:1.高压结构的确定,2.高压诱导的金属化,3.高压下的超导电性。在这三个方面中,高压结构的确定是最具有挑战性的工作。在高压实验中确定结构多采用X-ray衍射法,然而对于IVA族氢化物这种方法具有难以克服的困难。因为,X-ray衍射谱虽然能给出准确的IVA族原子在晶格中的位置,但是不能给出准确的氢原子(H)位置的信息。这是因为氢(H)原子具有很低的原子散射因子造成的。然而,理论模拟计算在这方面具有优势。处在IVA族第一号元素的氢化物甲烷(CH4),通过理论和实验的研究表明:即使压强增加到400 GPa时,仍然没有看到它的金属化的迹象,所以不具有超导电性的研究价值。目前对于高压下IVA族富氢化合物的理论和实验研究主要集中在硅烷(SiH4)上。在实验方面,有两个值得注意的实验:X. J. Chen等人通过室温下的红外反射谱认为SiH4在60 GPa时开始金属化,可以进入一种亚稳定的金属状态; M. I. Eremets等人基于X-ray衍射谱认为在高压下SiH4至少存在两种结构:绝缘的稳态I41/a和亚稳态的超导相P63。然而,基于P63结构的理论计算发现其热力学和晶格动力学物理特性都不稳定,更不解释SiH4实验测得的奇特的超导电性行为。最近Olga Degtyareva等发现SiH4实验所报道的“具有金属特征的P63相硅烷”与铂的氢化物(PtH)有极为相似的X-ray衍射谱线。考虑到SiH4实验中的金属铂(Pt)电极和垫片,Olga Degtyareva等人认为SiH4实验所报道的P63相硅烷因该是PtH。我们的理论计算表明,硅烷(SiH4)实验中奇特的超导电性行为不仅与PtH有关还应该与不饱和铂的氢化物(Pt8H7)、可能存在的无定形硅(Si)和残留的超导相P21/m硅烷(SiH4)有关。这是因为,纯的硅烷样品在高压下是非常稳定的,而不会发生分解为晶体硅和氢的现象。但是当硅烷(SiH4)跟金属铂(Pt)的电极或者垫片接触时,就会发生化学反应生成铂的氢化物、晶体硅和氢。其中,氢还能继续和金属铂(Pt)反应继续生成铂的氢化物。虽然在常压下金属铂(Pt)与硅烷(SiH4)可以相安共存,但是在高压下却能发生化学反应,所以在样品腔中可能存在:金属铂(Pt)、未能与Pt接触而残余下的硅烷(SiH4)、晶体硅和在压强下团聚的无定形硅。我的进一步计算分析证明:在100 GPa以下时,样品的超导转变温度(Tc)随着压强的增加而升高的超导电性,与无定形硅,不饱和的P-3m1相氢化物向饱和的P63/mmc相氢化物的相转变有关。在大于100 GPa时的硅烷实验中,超导转变温度(Tc)随着压强先下降后上升、奇特的超导电性行为主要与高压下饱和的铂氢化物(PtH)的超导电性行为,以及我们所建议残留的P21/m相硅烷的超导电性行为有关。进一步,我们深入地研究了相关的超导机制。在100 GPa以上,铂氢化物PtH费米面附近的电子结构几乎没有任何变化,然而电-声子耦合参数(EPCλ)和超导转变温度(Tc)随着压强的升高单调下降。我们计算出了在不同压强下的,铂氢化物PtH的电-声矩阵元的平方在费米能级附近的平均值<I2>。经过分析,我们发现,铂氢化物(PtH)的电-声矩阵元的平方在费米能级附近的平均值<I2>主导着电-声子耦合参数(EPCλ)和超导转变温度(Tc)的变化。PtH的超导转变温度(Tc)随着压强的升高单调下降,主要是由于<I2>随着压强的升高而降低引起的。P21/m相硅烷在高压下具有奇特的超导电性行为:随着压强的升高在125 GPa前Tc和电声耦合参数λ先下降,而在125 GPa后再上升。我们计算分析表明不同的电声耦合机制主导着λ和Tc的下降和上升过程。在125 GPa之前,费米面的拓扑结构几乎没有发生变化,而第一支横声学和第三支纵声学模式的硬化是导致λ和Tc下降的主要原因。在125 GPa之后,费米面的拓扑结构发生了转变,围绕果核状的中心费米面附近对称地出现了四个松籽状的费米面,相应地,在该区域也发生了费米面嵌套及电声耦合,费米面拓扑结构的转变是导致λ和Tc上升的主要原因。到目前为止,虽然富氢体系的IVA族氢化物的锗烷(GeH4)和锡烷(SnH4)具有良好的高压诱导的金属化特性和超导电性,但是仍然没有接近,更没有超越铜酸盐超导体(cuprate superconductors)的102 K数量级。例如一个铜酸盐超导体的超导转变温度是93 K,而汞基铜酸盐超导体的超导转变温度可超过130 K。最近,在我们对乙硅烷(disilane, Si2H6)的高压结构、金属化及超导电性的研究中发现:P-1相得乙硅烷在200 GPa时超导转变温度高达80K, Pm-3m相的乙硅烷在275 GPa时的超导转变温度更是高达139 K,超越的102 K的界限,可以和铜酸盐类超导体的Tc相媲美。我们知道铜酸盐类的超导体虽然具有较高的超导转变温度,但很难应用BCS理论去研究其超导机制,进而无法应用BCS理论指导实践去获取更高Tc的超导体。IVA族氢化物中高温超导体的出现为我们在BCS理论框架内去理解、设计高温超导材料提供了很好的现实物理模型,进而去发现探索更理想的高温超导材料。