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研究快讯 | 重稀土氢化物的高温超导电性

已有 176 次阅读 2021-11-14 05:51 |系统分类:论文交流

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原文已发表在CPL Express Letters栏目

Received 20 August 2021; 

online 8 September 2021


EXPRESS LETTER

High Tc Superconductivity in Heavy Rare Earth Hydrides

Hao Song (宋昊), Zihan Zhang (张子涵), Tian Cui (崔田), Chris J. Pickard, Vladimir Z. Kresin, and Defang Duan (段德芳)

Chin. Phys. Lett. 2021, 38 (10): 107401

文章亮点

设计了笼状结构的XH6 (X = Tm, Yb, Lu),其中亚稳的LuH6在较温和压力的超导转变温度高达273 K,已达冰点温度。


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图1. 左上为YbH6晶体结构和三维电子局域函数 (ELF),蓝绿色大球为Yb,粉色小球为H;左下为YbH6和LuH6分别在70 GPa和100 GPa下的声子谱、分立声子态密度(PHDOS)、谱函数(α2F(ω))以及积分电声耦合常数λ,红色圆圈为投影的电声耦合常数;右图为XH6X=Ca, Sc, Y, Tm, Lu和Yb)在高压下的超导转变温度Tc、电声耦合常数和同位素系数。


重稀土氢化物的高温超导电性


研究背景

最近十年,人们借助高压手段,发现了共价型富氢高温超导体H3S(Tc=203 K,P=155 GPa),“笼状”离子型富氢高温超导体LaH10Tc= 250 K,P=170 GPa),和碳质硫氢化物高温超导体(Tc= 288 K,P=267 GPa),不断刷新超导温度的新纪录,坚定了富氢化合物是室温超导体的最佳候选体系之一。但是这些新型富氢高温超导体大多在150 GPa以上稳定存在,如此高的超导压力大大限制了对此类超导材料的应用研究,因此在较温和的压力条件下获得富氢高温超导相是目前该领域的关键科学问题。


内容简介

宁波大学崔田教授、吉林大学段德芳教授等人,与剑桥大学Chris和加州大学伯克利分校的Kresin合作,在重稀土元素氢化物中,设计了一类笼状结构的XH6 (X = Tm, Yb, Lu),其中8个六边形H6和6个正方形H4构成H24笼子,X原子占据H24笼中心位置。预测YbH6和LuH6分别在比较温和的压力70和100 GPa下动力学稳定,他们的超导转变温度Tc分别为145 K和273 K,特别是LuH6的超导转变温度已达冰点温度,在已知的立方XH6笼型氢化物中超导转变温度最高,并且超导压力也低于其它高Tc氢化物所需的压力。TmH6在更低的压力50 GPa动力学稳定,然而Tc非常低,只有25 K。进一步分析费米面处f电子结构、声子谱及Elisberg谱函数,发现费米面f电子的存在降低了XH6笼状氢化物超导相的稳定压力,同时抑制了其超导电性。


研究意义和重要性

此研究为在低压下寻找富氢高温超导体提供了一条有效的途径,预期在二元富氢超导体中掺杂重稀土元素Yb或Lu,可以有效降低稳定压力,同时维持较高的超导转变温度。


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