[论文解读] Superconductivity above 180 K in Ca-Mg Ternary Superhydrides at Megabar Pressures

Weizhao Cai, Vasily S. Minkov+9 more|arXiv (Cornell University)|Dec 11, 2023

Hydrogen Storage and Materials被引用 7

一句话总结

本研究在使用CaMg2和Ca-Mg混合物作为前驱体、在兆巴压力下合成的新型钙-镁基三元超氢化物中，实现了高于180 K的超导性。电阻率测量显示，在1:1 Ca-Mg超氢化物中，324 GPa压力下临界温度（Tc）达到182 K，标志着极端条件下高温超导性的重大进展。

ABSTRACT

The discovery of high-temperature superconductivity above 240 K in binary La-H and Y-H systems inspired further predictions of even higher transition temperatures in compounds such as YH10 and MgH6, which are likely to be dynamically unstable. Ternary superhydrides provide alternative pathways to stabilize desired near-room temperature superconducting phases. However, the synthesis of new ternary hydrides remains challenging because most of the precursor reactants do not exist in desired stoichiometry at ambient conditions. Here we report that using the existing binary intermetallic CaMg2 and 1:1 Ca-Mg mixture as starting reactants, we have successfully synthesized novel Ca-Mg-based ternary superhydrides at megabar pressures. Electrical resistivity measurements show Tc approaching 168 K at 310 GPa in the CaMg2-based superhydride and 182 K in 1:1 the Ca-Mg superhydride at 324 GPa.

研究动机与目标

• 在兆巴压力下稳定新型钙-镁基三元超氢化物，以实现高温超导。
• 克服在常压下使用非化学计量比前驱体合成三元氢化物的挑战。
• 探索三元超氢化物作为实现近室温超导的稳定平台的潜力。
• 识别钙-镁基氢化物体系中压力依赖的超导转变行为。

提出的方法

• 使用CaMg2和1:1 Ca-Mg混合物作为起始反应物进行高压合成。
• 在六方氮化硼（hBN）基立方砧压机中，在超过300 GPa的压力下进行合成。
• 通过电阻率测量检测超导转变。
• 应用高压技术稳定具有复杂化学计量比的亚稳态氢化物相。
• 通过电阻率的急剧下降作为超导转变温度（Tc）的特征信号。
• 利用压力依赖性测量映射不同氢化物组成下的Tc。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否使用非化学计量比前驱体在兆巴压力下合成钙-镁基三元超氢化物？
• RQ2 在极端压力下，钙-镁基三元超氢化物可实现的最高Tc是多少？
• RQ3 CaMg2衍生与1:1 Ca-Mg衍生氢化物的超导转变温度有何差异？
• RQ4 三元超氢化物能否稳定在二元体系中动态不稳定的高Tc超导相？
• RQ5 Ca-Mg比例在高压下对超导性能有何影响？

主要发现

• 在310 GPa压力下，基于CaMg2的超氢化物中观察到168 K的临界温度（Tc）。
• 在324 GPa压力下，1:1 Ca-Mg超氢化物的Tc达到182 K，超过180 K。
• 通过高压下电阻率的急剧下降，确认了超导转变。
• 利用常压稳定的二元前驱体，成功合成了稳定的三元超氢化物。
• 结果表明，三元超氢化物可容纳Tc高于180 K的超导相。
• 本研究证实了在兆巴条件下，复杂氢化物体系中实现高Tc超导的可行性。