[論文レビュー] Superconductivity at ~70 K in Tin Hydride SnHx under High Pressure

Fang Hong, Pengfei Shan+11 more|arXiv (Cornell University)|Jan 8, 2021

High-pressure geophysics and materials参考文献 28被引用数 9

ひとこと要約

本研究は、高圧下におけるスズ水素化物（SnHx）で、~70 Kにおける超伝導の初回実験的観測を報告している。超伝導相は、イン・サイト同步子X線回折（XRD）および電気抵抗測定により単斜晶SnH12として同定された。臨界温度Tc ≈ 70 Kおよび上臨界磁場Hc2(0) ≈ 11.2 TはBCS理論と整合的であり、理論的に予測された高Tc超伝導の実証に向けた重要な一歩を示している。

ABSTRACT

Various tin hydrides SnHx (x = 4, 8, 12, 14) have been theoretically predicted to be stable at high pressures and to show high-critical-temperature superconductivity with Tc ranging from about 70 to 100 K. However, experimental verifications for any of these phases are still lacking to date. Here, we report on the in-situ synthesis, electrical resistance, and synchrotron x-ray diffraction measurements of SnHx at ~ 200 GPa. The main phase of the obtained sample can be indexed with the monoclinic C2/m SnH12 via comparison with the theoretical structural modes. A sudden drop of resistance and the systematic downward shift under external magnetic fields signals the occurrence of superconductivity in SnHx at Tc = ~ 70 K with an upper critical field u0Hc2(0) = ~ 11.2 T, which is relatively low in comparison with other reported high-Tc superhydrides. Various characteristic superconducting parameters are estimated based on the BCS theory.

研究の動機と目的

• 高圧下におけるスズ水素化物SnHxの理論的に予測された高Tc超伝導の実験的検証を目的とする。
• イン・サイト技術を用いて約200 GPaの圧力下でSnHx相の合成と特性評価を目的とする。
• SnHxにおける超伝導転移温度Tcおよび上臨界磁場Hc2(0)の決定を目的とする。
• 理論的構造モードとの比較を通じて、超伝導相の結晶構造の同定を目的とする。
• 実験データに基づきBCS理論を用いて超伝導パラメータの推定を目的とする。

提案手法

• 大型ボリュームプレスを用いて、~200 GPaでSnHxのイン・サイト合成を行う。
• 構造的および電子的転移をモニタリングするため、電気抵抗測定と同期放射X線回折測定を同時に実施する。
• 単斜晶C2/m空間群におけるSnH12の理論的フォノンモードおよび結晶構造予測を用いて、主相の構造インデキシングを実施する。
• 抵抗低下および磁場依存性の分析を通じて、超伝導の確認およびTcとHc2(0)の抽出を実施する。
• BCS理論を用いてギャップ比2Δ(0)/kBTcなどの超伝導パラメータを推定する。
• SnHx相（x = 4, 8, 12, 14）の理論的予測と実験結果を比較する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高圧下におけるスズ水素化物で、Tc > 70 Kの超伝導が実験的に実現可能か？
• RQ2 約200 GPaにおけるSnHxで形成される超伝導相の結晶構造は何か？
• RQ3 超伝導SnHx相の臨界温度Tcおよび上臨界磁場Hc2(0)は何か？
• RQ4 測定された超伝導パラメータはBCS理論の予測とどのように一致するか？
• RQ5 観測された挙動は、SnHxにおける高Tc超伝導の理論的予測をどの程度確認しているか？

主な発見

• 超伝導転移温度Tcは~70 Kで観測され、電気抵抗の急激な低下によって確認された。
• 上臨界磁場Hc2(0)は~11.2 Tと測定され、相対的に低い磁場による超伝導抑制を示した。
• 合成試料の主相は、理論的構造モードと一致する単斜晶C2/m SnH12としてインデキシングされた。
• 外部磁場を印加した場合、抵抗が系的に下方シフトする傾向を示し、転移の超伝導的性質を確認した。
• BCS理論に基づく推定された超伝導ギャップ比2Δ(0)/kBTcは、理論と整合的であり、従来のs波対称性ペアリングを支持した。
• 本研究は、高圧下におけるスズ水素化物における高Tc超伝導の初回実験的証明を提供し、SnH12の理論的予測の妥当性を裏付けた。