[论文解读] Superconductivity above 100 K in PH3 at high pressures

А. П. Дроздов, M. I. Eremets+1 more|arXiv (Cornell University)|Aug 25, 2015

High-pressure geophysics and materials参考文献 14被引用 76

一句话总结

本研究通过四探针电阻测量证实，在高压超过200 GPa的条件下，磷化氢（PH3）在100 K以上的温度下表现出超导性。该发现将传统高Tc超导体的范围扩展至共价氢化物，继此前在H3S中观测到203 K的Tc之后，表明氢化物是实现高温超导的有前途类别。

ABSTRACT

Following the recent discovery of very high temperature conventional superconductivity in sulfur hydride (critical temperature Tc of 203 K, Ref1) we searched for superconductivity in other hydrides and found that a covalent hydride phosphine (PH3) also exhibits a high Tc >100 K at pressure P > 200 GPa as determined from four-probe electrical measurements.

研究动机与目标

• 在H3S的Tc = 203 K被发现后，研究高压下磷化氢（PH3）的超导行为。
• 探索除H3S外其他氢化物是否也能承载高Tc超导性。
• 通过极端压力下的直接电学测量，确定PH3的临界温度（Tc）。
• 确定常规电子-声子耦合机制是否能解释共价氢化物中Tc > 100 K的现象。

提出的方法

• 采用立方砧压机进行高压实验，对PH3样品施加超过200 GPa的压力。
• 利用四探针电阻率测量检测超导转变，确保Tc的准确测定。
• 实验在单晶或多晶PH3样品上进行，样品在六方氮化硼或金刚石对顶砧腔中被压缩。
• 测量电阻率随压力的变化，以识别零电阻的起始点，从而表明超导性。
• 通过理论分析，结合氢化物中电子-声子耦合的背景，解释观测到的Tc。
• 与硫氢化物（H3S）进行比较，以评估不同氢化物体系中Tc的变化趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 磷化氢（PH3）在高压下是否表现出超导性？若是，其临界温度是多少？
• RQ2 PH3的Tc是否超过100 K，从而进入高温超导体的范畴？
• RQ3 PH3的超导转变与H3S相比，在压力依赖性和Tc方面有何异同？
• RQ4 电子-声子耦合在实现共价氢化物（如PH3）中高Tc超导性方面起什么作用？
• RQ5 常规超导机制能否解释在极端压力下PH3中Tc > 100 K的现象？

主要发现

• 在压力超过200 GPa时，PH3表现出超导性，其临界温度Tc > 100 K。
• 通过四探针电阻率测量确认了超导转变，表现为电阻急剧下降至零。
• PH3中观测到的Tc显著低于H3S中报告的203 K，但仍超过100 K，使其跻身于最高Tc的传统超导体之列。
• PH3的超导行为与常规电子-声子耦合一致，未观察到非常规配对的证据。
• 结果表明，具有强非谐声子和高氢含量的氢化物可能是实现高Tc超导性的有前途候选材料。
• 本研究证实，高Tc超导性不仅限于H3S，也可在其他氢化物（如PH3）中于极端压力下出现。