[論文レビュー] Superconductivity up to 243 K in yttrium hydrides under high pressure

P. P. Kong, Vasily S. Minkov+10 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2019

High-pressure geophysics and materials参考文献 29被引用数 78

ひとこと要約

この論文は YH4, YH6, YH9 の合成を237 GPaまでの圧力下で報告し、YH9で Tc が最大243 K（201 GPa）、YH6は237 GPaで227 K、YH10は安定化されなかった。

ABSTRACT

The discovery of high-temperature conventional superconductivity in H3S with a critical temperature of Tc=203 K was followed by the recent record of Tc ~250 K in the face-centered cubic (fcc) lanthanum hydride LaH10 compound. It was realized in a new class of hydrogen-dominated compounds having a clathrate-like crystal structure in which hydrogen atoms form a 3D framework and surround a host atom of rare earth elements. Yttrium hydrides are predicted to have even higher Tc exceeding room temperature. In this paper, we synthesized and refined the crystal structure of new hydrides: YH4, YH6, and YH9 at pressures up to 237 GPa finding that YH4 crystalizes in the I4/mmm lattice, YH6 in Im-3m lattice and YH9 in P63/mmc lattice in excellent agreement with the calculations. The observed very high-temperature superconductivity is comparable to that found in fcc-LaH10: the pressure dependence of Tc for YH9 also displays a "dome like shape" with the highest Tc of 243 K at 201 GPa. We also observed a Tc of 227 K at 237 GPa for the YH6 phase. However, the measured Tcs are notably lower by ~30 K than predicted. Evidence for superconductivity includes the observation of zero electrical resistance, a decrease of Tc under an external magnetic field and an isotope effect. The theoretically predicted fcc YH10 with the promising highest Tc>300 K was not stabilized in our experiments under pressures up to 237 GPa.

研究の動機と目的

• 極端な圧力下で非常に高い Tc を持つ水素優先超伝導体の探索を動機づける。
• YH4, YH6, YH9 の結晶構造を精密化し、それらの Tc を圧力の関数として写像する。
• 水素豊富な水素化物の理論予測と実験的 Tc および構造を比較する。

提案手法

• YH4, YH6, YH9 を237 GPaまでの圧力で合成する。
• 結晶構造を決定する：YH4 (I4/mmm), YH6 (Im-3m), YH9 (P63/mmc)。
• ゼロ抵抗、磁場による Tc の抑制、アイソトープ効果によって超伝導を測定する。
• Hが主成分のクラスレート状水素化物の理論予測と実験 Tc を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高圧下でイットリウム水素化物における到達可能な最高 Tc はいくらか？
• RQ2 YH4, YH6, YH9 の結晶構造はそれらの超伝導特性とどのように関連しているか？
• RQ3 実験 Tc は高圧下のfcc YH10 および関連水素化物の理論予測と一致するか？

主な発見

• YH4 は I4/mmm、YH6 は Im-3m、YH9 は P63/mmc で高圧（最大 237 GPa まで）安定化する。
• Tc は YH9 で 201 GPa において 243 K に達する（圧力に対する Tc はドーム状）。
• YH6 の Tc は 237 GPa で 227 K に達する。
• 測定された Tc はいくつかの理論予測より約30 K低い。
• 超伝導の証拠としてゼロ抵抗、磁場による Tc の抑制、同位体効果が含まれる。
• Tc > 300 K の予測される fcc YH10 は237 GPaまで安定化されなかった。