[论文解读] Superconductivity up to 243 K in yttrium hydrides under high pressure

P. P. Kong, Vasily S. Minkov+10 more|arXiv (Cornell University)|Sep 23, 2019

High-pressure geophysics and materials参考文献 29被引用 78

一句话总结

本文报道在压力高达 237 GPa 下合成 YH4、YH6 和 YH9，并观测到超导性，YH9 在 201 GPa 时 Tc 高达 243 K，YH6 在 237 GPa 时达到 227 K，而 YH10 未被稳定化。

ABSTRACT

The discovery of high-temperature conventional superconductivity in H3S with a critical temperature of Tc=203 K was followed by the recent record of Tc ~250 K in the face-centered cubic (fcc) lanthanum hydride LaH10 compound. It was realized in a new class of hydrogen-dominated compounds having a clathrate-like crystal structure in which hydrogen atoms form a 3D framework and surround a host atom of rare earth elements. Yttrium hydrides are predicted to have even higher Tc exceeding room temperature. In this paper, we synthesized and refined the crystal structure of new hydrides: YH4, YH6, and YH9 at pressures up to 237 GPa finding that YH4 crystalizes in the I4/mmm lattice, YH6 in Im-3m lattice and YH9 in P63/mmc lattice in excellent agreement with the calculations. The observed very high-temperature superconductivity is comparable to that found in fcc-LaH10: the pressure dependence of Tc for YH9 also displays a "dome like shape" with the highest Tc of 243 K at 201 GPa. We also observed a Tc of 227 K at 237 GPa for the YH6 phase. However, the measured Tcs are notably lower by ~30 K than predicted. Evidence for superconductivity includes the observation of zero electrical resistance, a decrease of Tc under an external magnetic field and an isotope effect. The theoretically predicted fcc YH10 with the promising highest Tc>300 K was not stabilized in our experiments under pressures up to 237 GPa.

研究动机与目标

• 推动在极端压力下寻找具有极高 Tc 的氢主导超导体。
• 精细化 YH4、YH6、YH9 的晶体结构并绘制它们的 Tc 与压力的关系。
• 将实验 Tc 与结构与理论预测的氢富氢化物进行比较。

提出的方法

• 在高达 237 GPa 的压力下合成钇氢化物（YH4、YH6、YH9）。
• 确定晶体结构：YH4（I4/mmm）、YH6（Im-3m）、YH9（P63/mmc）。
• 通过零电阻、磁场抑制 Tc 以及同位素效应来测量超导性。
• 将实验 Tc 与针对以 H 为主的簇合状氢化物的理论预测进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在高压下，钇氢化物可以达到的最高 Tc 是多少？
• RQ2 YH4、YH6、YH9 的晶体结构如何与它们的超导特性相关？
• RQ3 实验 Tc 是否与高压下 fcc YH10 及相关氢化物的理论预测一致？

主要发现

• YH4 在高压下结晶为 I4/mmm，YH6 为 Im-3m，YH9 为 P63/mmc。
• YH9 在 201 GPa 时 Tc 达到 243 K（Tc 与压力呈穹顶形分布）。
• YH6 的 Tc 在 237 GPa 时达到 227 K。
• 实测 Tc 比某些理论预测约低 30 K。
• 超导性的证据包括零电阻、磁场抑制 Tc 和同位素效应。
• 预测的 fcc YH10 具有 Tc > 300 K，但至 237 GPa 未被稳定化。