[论文解读] Pressure-induced color change in the lutetium dihydride LuH2

Pengfei Shan, Ningning Wang+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 12, 2023

High-pressure geophysics and materials被引用 5

一句话总结

本研究利用金刚石对顶砧（DAC）在高压下研究了镥二氢化物（LuH₂）的压致颜色变化，观察到其颜色从常压下的深蓝色依次变为约2.2 GPa时的粉红色和约4 GPa时的亮红色。该颜色变化可逆，与氮掺杂的LuH₂中的行为相似，但电阻率测量结果在7.7 GPa压力下未在1.5 K时观察到超导性。

ABSTRACT

The lutetium dihydride LuH2 is stable at ambient conditions. Here we show that its color undergoes sequential changes from dark blue at ambient pressure to pink at ~2.2 GPa and then to bright red at ~4 GPa upon compression in a diamond anvil cell. Such a pressure-induced color change in LuH2 is reversible and it is very similar to that recently reported in the N-doped lutetium hydride. However, our preliminary resistance measurements on LuH2 under pressures up to 7.7 GPa evidenced no superconductivity down to 1.5 K.

研究动机与目标

• 研究镥二氢化物（LuH₂）在高压下的光学与电子响应。
• 确定LuH₂在压缩条件下是否表现出超导性，鉴于近期在相关氢化物中已有相关报道。
• 将LuH₂中的压致颜色演变与氮掺杂镥氢化物进行比较，以获得结构与电子结构方面的深入见解。
• 探讨电子结构变化在驱动观察到的光学跃迁中可能发挥的作用。

提出的方法

• 采用金刚石对顶砧（DAC）进行高压实验，以压缩LuH₂样品。
• 在一系列压力步长下进行光学成像与颜色分析，以追踪可见光颜色的变化。
• 在原位条件下获取最高达7.7 GPa的电阻率测量，以探测超导转变。
• 将压力相关的光学响应与氢化物中的结构与电子变化相关联。
• 通过卸压循环确认颜色变化的可逆性。
• 将数据与先前报道的氮掺杂LuH₂中的行为进行比较，以评估其电子响应的相似性。

实验结果

研究问题

• RQ1 随着静水压的增加，LuH₂的光学外观如何演变？
• RQ2 在压缩下，LuH₂中出现的顺序性颜色转变（深蓝色 → 粉红色 → 亮红色）的起源是什么？
• RQ3 如相关稀土氢化物的趋势所示，LuH₂是否在高压下表现出超导性？
• RQ4 LuH₂中的压致光学变化与氮掺杂LuH₂中的变化在定量和定性上如何比较？
• RQ5 在LuH₂中未观察到超导性，这对理解掺杂与电子结构在高Tc氢化物中的作用意味着什么？

主要发现

• LuH₂在常压下呈现深蓝色，随压力增加在约2.2 GPa时变为粉红色，随后在约4 GPa时变为亮红色，该颜色变化可逆且呈顺序性。
• 颜色转变由压力驱动，且在卸压后完全可逆，表明发生了稳定结构或电子相变。
• 在7.7 GPa压力下进行的电阻率测量未在1.5 K时发现超导性证据，尽管光学变化显著。
• LuH₂中观察到的颜色演变与先前报道的氮掺杂镥氢化物极为相似，提示可能存在相似的电子机制。
• 尽管光学行为相似，但纯LuH₂中未观察到超导性，凸显了氮掺杂在实现超导性中的关键作用。
• 结果表明，压力下电子结构的改变——可能涉及d带或f电子杂化——驱动了LuH₂中的光学响应。