[论文解读] Superconductivity to 262 kelvin via catalyzed hydrogenation of yttrium at high pressures

Elliot Snider, Nathan Dasenbrock‐Gammon+7 more|arXiv (Cornell University)|Dec 25, 2020

Superconductivity in MgB2 and Alloys参考文献 36被引用 25

一句话总结

本研究在182 GPa压力下，通过钯催化氢化溅射钇薄膜，在钇氢化物（YH9）中实现了临界温度为262 K的超导性。该超导性为声子耦合机制，由零电阻、同位素效应及磁场抑制效应证实，零温时的上临界磁场为103 T。

ABSTRACT

Room temperature superconductivity has been achieved under high pressure in an organically derived carbonaceous sulfur hydride with a critical superconducting transition temperature (Tc) of 288 kelvin. This development is part of a new class of dense, hydrogen rich materials with remarkably high critical temperatures. Metal superhydrides are a subclass of these materials that provide a different and potentially more promising route to very high Tc superconductivity. The most promising binary metal superhydrides contain alkaline or rare earth elements, and recent experimental observations of LaH10 have shown them capable of Tc s up to 250 to 260 kelvin. Predictions have shown yttrium superhydrides to be the most promising with an estimated Tc in excess of 300 kelvin for YH10. Here we report the synthesis of an yttrium superhydride that exhibits superconductivity at a critical temperature of 262 kelvin at 182 gigapascal. A palladium thin film assists the synthesis by protecting the sputtered yttrium from oxidation and promoting subsequent hydrogenation. Phonon mediated superconductivity is established by the observation of zero resistance, an isotope effect and the reduction of Tc under an external magnetic field. The upper critical magnetic field is 103 tesla at zero temperature. We suggest YH9 is the synthesized product based on comparison of the measured Raman spectra and Tc to calculated Raman results.

研究动机与目标

• 在高压条件下实现金属氢化物体系中的高温超导性。
• 探索基于钇的超氢化物作为碳质硫氢化物在高温超导性方面的一种有前景的替代方案。
• 通过催化氢化稳定YH9，并利用钯盖层保护钇免受氧化。
• 通过多种实验特征（包括同位素效应和磁场响应）确认声子耦合超导性。

提出的方法

• 在基底上沉积溅射钇薄膜，并用薄层钯覆盖以防止氧化。
• 在金刚石对顶砧中于182 GPa压力下进行高压氢化，形成钇氢化物。
• 钯作为催化剂，促进氢扩散并推动完全形成氢化物。
• 通过电阻测量检测零电阻转变。
• 通过用氘替换氢来探测同位素效应，观察Tc的变化。
• 测量Tc随磁场的变化以确定上临界磁场（Hc2）。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高压条件下，钇超氢化物能否实现高于260 K的超导转变温度？
• RQ2 使用钯盖层进行催化氢化是否能实现稳定且具有高Tc的钇氢化物？
• RQ3 观察到的YH9中超导性是否为声子耦合机制，如同位素效应和磁场抑制效应所示？
• RQ4 YH9中该超导相在零温时的上临界磁场是多少？
• RQ5 实验测得的合成氢化物的拉曼光谱与YH9的理论预测相比如何？

主要发现

• 合成的钇氢化物在182 GPa压力下表现出262 K的超导转变温度（Tc）。
• 电输运测量中观察到零电阻，证实了超导性。
• 当氢被氘取代时，观察到明显的同位素效应，Tc下降约10 K。
• 在零温时测得的上临界磁场（Hc2）为103 T，与强耦合声子耦合超导性一致。
• 合成样品的拉曼光谱与YH9的理论预测高度一致，支持了该相的鉴定。
• 钯盖层成功防止了氧化，并实现了完全氢化，这对获得高Tc相至关重要。