[论文解读] Superconductivity in palladium hydride and deuteride at 52-61 kelvin

Syed M. Hasnain, Tim Gould+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 5, 2016

Quantum, superfluid, helium dynamics参考文献 2被引用 10

一句话总结

本研究报告在钯氢化物和氘化物中实现了创纪录的高 transition 温度（Tc）超导，分别为 54 K 和 60 K，该结果通过在高温下注入氢/氘后迅速冷却实现。结果表明，钯基氢化物中高密度氢可实现接近 60 K 的超导，无需机械压缩，支持了富氢材料在常压下实现超导的理论预测。

ABSTRACT

We report the observation of conventional superconductivity at the highest temperature yet attained without mechanical compression, around 54 kelvin in palladium-hydride and 60 kelvin in palladium-deuteride. The remarkable increase in Tc compared to the previously known value was achieved by rapidly cooling the hydride and deuteride after loading with hydrogen or deuterium at elevated temperature. Our results encourage hope that conventional superconductivity under ambient conditions will be discovered in materials with very high hydrogen density, as predicted more than a decade ago.

研究动机与目标

• 在不施加机械压缩的条件下，实现钯氢化物中更高的超导转变温度（Tc）。
• 研究快速冷却在提升 Pd-H 和 Pd-D 体系中 Tc 方面的作用。
• 探索在常压条件下，高氢密度材料中实现常规超导的潜力。
• 验证富氢化合物在常压下实现超导的理论预测。
• 确定同位素取代（H 与 D）对钯基氢化物超导性能的影响。

提出的方法

• 在高温下将氢或氘注入钯样品，以实现高氢浓度。
• 在注入后立即实施快速冷却，以冻结氢化物结构并稳定高 Tc 相。
• 通过电阻率和磁化率测量识别超导转变。
• 从电阻率归零的起始点和抗磁屏蔽效应确定超导转变温度（Tc）。
• 通过氢与氘的同位素取代，比较 Tc 提升效果。
• 所有实验均在常压下进行，以避免机械压缩。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否在不施加机械压缩的条件下，使钯氢化物在 50 K 以上实现超导？
• RQ2 氢化后快速冷却是否显著提升 Pd-H 和 Pd-D 体系中的超导转变温度？
• RQ3 与氢相比，氘取代在钯氢化物中如何影响超导性能？
• RQ4 钯基材料中高氢浓度在常压条件下能在多大程度上实现升高的 Tc？
• RQ5 基于同位素效应和材料行为，所观察到的超导是否可归类为常规超导？

主要发现

• 钯氢化物中的超导转变温度（Tc）达到 54 K，为无机械压缩条件下此类材料报告的最高值。
• 在钯氘化物中，Tc 提升至 60 K，表明存在显著的同位素效应。
• 通过在高温下注入氢/氘后迅速冷却，实现了高 Tc 值。
• 观察到的超导为常规超导，其同位素效应及与电子-声子耦合的一致性支持了这一结论。
• 结果支持理论预测：高氢密度材料在常压下可能实现接近室温的超导。
• 本研究证明，通过优化制备工艺，可在常压下实现钯氢化物的超导，而无需外部压力。