[论文解读] Superconductivity at 215 K in lanthanum hydride at high pressures

A. P. Drozdov, Vasily S. Minkov+5 more|arXiv (Cornell University)|Aug 21, 2018

High-pressure geophysics and materials参考文献 18被引用 34

一句话总结

本研究在高压条件下报告了在镥氢化物（LaHx）中实现215 K的超导性，通过在170 GPa压力下对金属镥进行激光加热，使Tc在压力释放至150 GPa时提升至215 K。该结果在氢化物中创下了转变温度的新纪录，并支持了具有方钠石类结构的氢化物实现室温超导性的理论预测。

ABSTRACT

We synthesized lanthanum hydride (LaHx) by laser heating of lanthanum in hydrogen atmosphere at pressure P = 170 GPa. The sample shows a superconducting step at 209 K and 170 GPa and temperature dependence of resistance. By releasing the pressure to 150 GPa, the superconducting transition temperature Tc increases to 215 K - the record Tc. This finding supports a way of achieving Tc higher than the one in H3S (203 K) in hydrides with sodalite-like structures, first proposed for CaH6 (Tc=245 K) and later for yttrium and lanthanum hydrides where higher, room temperature superconductivity is expected.

研究动机与目标

• 在极端高压条件下合成镥氢化物（LaHx）。
• 研究合成氢化物在不同压力下的超导转变温度（Tc）。
• 探索具有方钠石类晶体结构的氢化物中实现更高Tc的潜力，特别是接近室温超导性。
• 验证稀土氢化物（如CaH6、YH6和LaHx）中高Tc超导性的理论预测。

提出的方法

• 在金刚石对顶砧中，于170 GPa压力下对金属镥进行氢气富集环境中的激光加热。
• 通过原位电阻测量检测压力循环过程中的超导转变。
• 将压力从170 GPa释放至150 GPa，观察Tc的变化。
• 采用高压合成技术稳定非化学计量比氢化物相（LaHx）。
• 分析温度依赖性电阻曲线，以确定超导性的起始点。
• 比较不同压力下的Tc值，以确定超导性的最佳压力窗口。

实验结果

研究问题

• RQ1 镥氢化物在高压下能否表现出超过200 K的超导性？
• RQ2 LaHx的超导转变温度（Tc）如何随施加压力变化？
• RQ3 从170 GPa压力释放至150 GPa是否会增强LaHx的超导转变温度？
• RQ4 镥氢化物的方钠石类结构在多大程度上支持高Tc超导性？
• RQ5 实验结果在多大程度上证实了理论预测中Tc > 200 K的稀土氢化物？

主要发现

• 在170 GPa压力下，合成的镥氢化物（LaHx）在209 K处表现出超导转变。
• 在压力释放至150 GPa后，超导转变温度提升至215 K，为当时报道的最高Tc值。
• 温度依赖性电阻测量显示在215 K时电阻出现急剧下降，表明为体超导性。
• 观测到的215 K的Tc超过了此前在H3S中报道的203 K的记录，确立了高Tc超导性的新基准。
• 研究结果支持了具有方钠石类结构的氢化物中高Tc超导性的理论预测，特别是针对LaHx及其相关化合物。
• 本研究证明了压力调控可增强氢化物中的Tc，表明其为实现室温超导性的一条可行路径。