[论文解读] Quantifying the nonadiabaticity strength constant in recently discovered highly-compressed superconductors

E. F. Talantsev|arXiv (Cornell University)|Jan 12, 2023

High-pressure geophysics and materialsEarth and Planetary Sciences参考文献 107被引用 3

一句话总结

本研究量化了近期发现的高压超导体中非绝热性强度常数 $T_\theta/T_F$，包括氢化物、同素异形体磷以及元素钛和TaH₃。利用实验数据，研究发现δ-Ti和黑磷的 $T_\theta/T_F$ 值与A15型超导体相当，而氢化物和紫磷的值则与 $H_3S$ 和 $LaH_{10}$ 相似，表明非绝热效应在高温超导性中具有广泛影响。

ABSTRACT

Superconductivity in highly-pressurized hydrides became primary direction for the exploration of fundamental upper limit for the superconducting transition temperature, Tc, after Drozdov et al (Nature 2015, 525, 73) discovered superconducting state with $T_c=203 K$ in highly-compressed sulphur hydride. To date several dozens of high-temperature superconducting polyhydrides have been discovered. In addition, recently, it was reported that highly-compressed titanium and scandium exhibit record-high $T_c$ (up to 36 K), which is by manifold exceeded $T_c=9.2 K$ of niobium, which is the record high-$T_c$ ambient pressure metallic superconductor. Here we analysed experimental data on for recently discovered high-pressure superconductors (which exhibit high transition temperatures within their classes): elemental titanium (Zhang et al, Nature Communications 2022; Liu et al, Phys. Rev. B 2022), $TaH_3$ (He et al, Chinese Phys. Lett. 2023), $LaBeH_8$ (Song et al, Phys. Rev. Lett. 2023), and black (Li et al, Proc. Natl. Acad. Sci. 2018) and violet (Wu et al, arXiv 2023) phosphorous, to reveal the nonadiabaticity strength constant, $T_θ/T_F$ (where $T_θ$ is the Debye temperature, and $T_F$ the Fermi temperature) in these superconductors. The analysis showed that $δ$-phase of titanium and black phosphorous exhibit the $T_θ/T_F$ which are nearly identical to ones associated in A15 superconductors, while studied hydrides and violet phosphorous exhibit the constants in the same ballpark with $H_3S$ and $LaH_{10}$.

研究动机与目标

• 评估近期发现的高压超导体中非绝热性强度常数 $T_\theta/T_F$。
• 比较包括氢化物、磷和元素金属在内的多种高-$T_c$ 超导材料中非绝热性的程度。
• 评估非绝热效应如何影响这些材料中观测到的高临界温度。
• 为临界温度超过200 K或接近常压下记录值的材料提供非绝热性的定量基准。

提出的方法

• 分析高压超导体的实验数据，包括 $T_c$、德拜温度 $T_\theta$ 和费米温度 $T_F$。
• 利用测得或推导出的 $T_\theta$ 和 $T_F$ 值计算非绝热性强度常数 $T_\theta/T_F$。
• 比较不同类超导体（氢化物、磷同素异形体和元素金属）之间的 $T_\theta/T_F$ 值。
• 利用 $T_\theta$ 与声子谱之间、以及 $T_F$ 与电子结构数据之间的已知关系。
• 根据其 $T_\theta/T_F$ 值与已知超导体（如 $H_3S$、$LaH_{10}$ 和A15化合物）的相对关系对材料进行分类。

实验结果

研究问题

• RQ1 在近期发现的高压超导体（如 $LaBeH_8$、$TaH_3$ 和磷同素异形体）中，非绝热性强度常数 $T_\theta/T_F$ 的值是多少？
• RQ2 这些材料中的非绝热性与 $H_3S$ 和 $LaH_{10}$（作为高-$T_c$ 氢化物的基准）相比如何？
• RQ3 在元素钛和磷中，$T_\theta/T_F$ 值在多大程度上与A15型超导体相似？
• RQ4 在不同高-$T_c$ 氢化物和非氢化物超导体中，是否呈现出一致的非绝热性趋势？

主要发现

• δ相钛的 $T_\theta/T_F$ 值与A15型超导体几乎完全相同，表明其具有相似的非绝热效应。
• 黑磷的 $T_\theta/T_F$ 值在数值上与A15化合物相似，表明其具有共同的非绝热特性。
• $LaBeH_8$、$TaH_3$ 和紫磷中的非绝热性强度常数位于与 $H_3S$ 和 $LaH_{10}$ 观测到的相同范围内。
• 这些发现表明，非绝热效应是高-$T_c$ 超导体的普遍特征，特别是在氢化物和某些元素体系中。
• 本研究建立了一个用于比较多种高压超导材料中非绝热性的定量框架。