[논문 리뷰] Superconductivity at 215 K in lanthanum hydride at high pressures

A. P. Drozdov, Vasily S. Minkov외 5명|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 21.

High-pressure geophysics and materials참고 문헌 18인용 수 34

한 줄 요약

이 연구는 고압 조건에서 라ун디움 수소화물(LaHx)에서 215 K에서 초전도성을 보고한다. 170 GPa에서 수소 분위기 중 라운디움을 레이저 가열하여 합성한 후, 170 GPa에서 150 GPa로 압력을 감소시킴으로써 Tc가 215 K로 증가하였다. 이 결과는 수소화물에서의 전이 온도 기록을 경신하였으며, 색갈리트 유사 구조를 가진 수소화물에서 실온 초전도성 이론 예측을 뒷받침한다.

ABSTRACT

We synthesized lanthanum hydride (LaHx) by laser heating of lanthanum in hydrogen atmosphere at pressure P = 170 GPa. The sample shows a superconducting step at 209 K and 170 GPa and temperature dependence of resistance. By releasing the pressure to 150 GPa, the superconducting transition temperature Tc increases to 215 K - the record Tc. This finding supports a way of achieving Tc higher than the one in H3S (203 K) in hydrides with sodalite-like structures, first proposed for CaH6 (Tc=245 K) and later for yttrium and lanthanum hydrides where higher, room temperature superconductivity is expected.

연구 동기 및 목표

• 극한의 고압 조건에서 라운디움 수소화물(LaHx)을 합성하기 위해.
• 다양한 압력 조건에서 합성된 수소화물의 초전도 전이 온도(Tc)를 조사하기 위해.
• 특히 실온에 가까운 초전도성을 달성할 잠재력을 탐색하기 위해 색갈리트 유사 결정 구조를 가진 수소화물에서의 높은 Tc 초전도성 가능성을 탐구하기 위해.
• CaH6, YH6, LaHx와 같은 희토류 수소화물에서 높은 Tc 초전도성에 대한 이론 예측을 검증하기 위해.

제안 방법

• 다이아몬드 앤빌 셀에서 170 GPa 압력 조건에서 수소가 풍부한 분위기 중 라운디움 금속을 레이저 가열하여 합성하기 위해.
• 압력 순환 중 초전도 전이를 감지하기 위해 현장 전기 저항 측정을 수행하기 위해.
• 압력을 170 GPa에서 150 GPa로 감소시켜 Tc 변화를 관찰하기 위해.
• 비스티오메트릭 수소화물 상(예: LaHx)을 안정화하기 위해 고압 합성 기법을 사용하기 위해.
• 초전도성의 시작을 식별하기 위해 온도 의존 저항 곡선을 분석하기 위해.
• 다른 압력 조건에서의 Tc 값을 비교하여 초전도성에 최적의 압력 창을 도출하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고압 조건에서 라운디움 수소화물은 200 K 이상의 온도에서 초전도성을 나타낼 수 있는가?
• RQ2 LaHx의 초전도 전이 온도(Tc)는 적용된 압력에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 170 GPa에서 150 GPa로의 압력 감소가 LaHx의 초전도 전이 온도를 향상시키는가?
• RQ4 라운디움 수소화물의 색갈리트 유사 구조는 높은 Tc 초전도성에 얼마나 기여하는가?
• RQ5 실험 결과는 희토류 수소화물에서 Tc > 200 K 예측을 확인할 수 있는가?

주요 결과

• 합성된 라운디움 수소화물(LaHx)은 170 GPa 압력에서 209 K에서 초전도 전이를 나타낸다.
• 압력을 170 GPa에서 150 GPa로 감소시킨 후, 초전도 전이 온도는 215 K로 증가하였으며, 이는 발표 당시 기록으로서 가장 높은 Tc이다.
• 온도 의존 저항 측정 결과, 215 K에서 저항이 급격히 감소함을 확인하여 부피 초전도성을 나타낸다.
• 관측된 215 K의 Tc는 이전 기록인 H3S의 203 K를 초월하여 고 Tc 초전도성의 새로운 기준을 설정한다.
• 이 결과는 색갈리트 유사 구조를 가진 수소화물에서의 높은 Tc 초전도성 이론 예측을 뒷받침하며, 특히 LaHx 및 유사 화합물에 대해 그렇다.
• 이 연구는 압력 조절이 수소화물의 Tc를 향상시킬 수 있음을 보여주며, 실온 초전도성 향한 실현 가능한 길을 제시한다.