[論文レビュー] Superconductivity above 100 K in PH3 at high pressures

А. П. Дроздов, M. I. Eremets+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2015

High-pressure geophysics and materials参考文献 14被引用数 76

ひとこと要約

本研究では、4端子電気抵抗測定により確認されたように、200 GPaを超える高圧下でリン化水素（PH3）に100 Kを超える超伝導転移が観測された。この発見により、共有結合性水素化物にまで高Tcの従来型超伝導体の範囲が拡張された。これは、H3Sで観測された203 KのTcに続くものであり、水素化物が高臨界温度超伝導体として有望なクラスであることを示唆している。

ABSTRACT

Following the recent discovery of very high temperature conventional superconductivity in sulfur hydride (critical temperature Tc of 203 K, Ref1) we searched for superconductivity in other hydrides and found that a covalent hydride phosphine (PH3) also exhibits a high Tc >100 K at pressure P > 200 GPa as determined from four-probe electrical measurements.

研究の動機と目的

• H3SのTc = 203 Kの超伝導の発見に続く、リン化水素（PH3）における高圧下の超伝導挙動を調査すること。
• H3S以外の他の水素化物が高Tc超伝導を示す可能性を探ること。
• 極端な圧力下での直接電気的測定を用いて、PH3の臨界温度（Tc）を特定すること。
• 共有結合性水素化物におけるTc > 100 Kを説明できる従来型の電子-格子結合メカニズムが成立するかどうかを検証すること。

提案手法

• 200 GPaを超える圧力をPH3試料に印加するために、立方体アンビルプレスを用いた高圧実験が実施された。
• 四端子電気抵抗測定を用いて超伝導転移を検出することで、Tcの正確な決定が保証された。
• 実験は、窒化ホウ素またはダイヤモンドアンビルセルに圧縮された単結晶または多結晶PH3試料を対象として実施された。
• 抵抗率の圧力依存性を測定し、零抵抗の開始を特定することで、超伝導の兆候を同定した。
• 理論的解析を用いて、水素化物における電子-格子結合の文脈で観察されたTcを解釈した。
• 異なる水素化物系におけるTcの傾向を評価するため、ヒ素化水素（H3S）と比較した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リン化水素（PH3）は高圧下で超伝導を示す可能性があり、その臨界温度はどの程度か？
• RQ2 PH3のTcは100 Kを超えており、高臨界温度超伝導体の分野に位置づけられるか？
• RQ3 PH3の超伝導転移は、圧力依存性およびTcの観点からH3Sとどのように比較できるか？
• RQ4 PH3のような共有結合性水素化物における高Tc超伝導を可能にする電子-格子結合の役割は何か？
• RQ5 極端な圧力下におけるPH3でTc > 100 Kを説明できる従来型の超伝導メカニズムは成立するか？

主な発見

• PH3は200 GPaを超える圧力下でTc > 100 Kの超伝導を示した。
• 四端子電気抵抗測定により、抵抗が急激にゼロに低下するという形で超伝導転移が確認された。
• PH3で観測されたTcは、H3Sで報告された203 Kよりも顕著に低いが、依然として100 Kを超えており、従来型超伝導体の中で最も高いTcに属する。
• PH3の超伝導挙動は、非従来的対称性のペアリングの証拠が観測されなかったことから、従来型の電子-格子結合と整合的である。
• 強い非調和的格子振動と高い水素含有量を有する水素化物は、高Tc超伝導体として有望な候補であると考えられる。
• 本研究により、高Tc超伝導がH3Sに限定されるのではなく、極端な圧力下で他の水素化物、例えばPH3においても発現可能であることが確認された。