高压下 (La,Ca)H10 的合成与超导电性

       追寻室温超导体既是重大挑战，也是机遇，而二元镧氢化物的发现为探索具有优异性能的三元氢化物提供了重要平台。理论研究表明，La-Ca-H 体系也是室温超导的有吸引力的候选者之一。在这项工作中，吉林大学黄晓丽教授与吉林大学唐敖庆讲座教授、宁波大学崔田教授等人通过将 Ca 元素掺杂到 La-H 体系中，成功合成了两种La-Ca 氢化物。电阻随温度的变化表明 Fm-3m-(La, Ca)H10和P63/mmc-(La,Ca)H10具有超导电性，其超导转变温度(Tc)分别为247 K(173 GPa) 和 230 K(167 GPa)。目前的结果表明，掺杂 10% 或 15% 的 Ca 对 LaH10 的 Tc 影响微乎其微，这与 Anderson 的理论一致。虽然 La-Ca-H 高 Tc 相保持了高度对称的面心立方结构，但是 Ca 的掺杂可能导致卸压过程中 H 笼过早发生畸变，从而影响体系的结构稳定性。因此，在这项工作的掺杂水平和合成条件下，作者认为 Ca 可能不是理想的掺杂元素。

 

  • 通过将 Ca 元素掺杂到 La-H 体系中，成功合成了两种 La-Ca 氢化物；
  • Fm-3m-(La, Ca)H10 和 P63/mmc-(La,Ca)H10 具有超导电性，其超导转变温度(Tc)分别为 247 K(173 GPa) 和 230 K(167 GPa)。

 

                                                       

图 1. La-Ca-H 体系的电阻测量。run 1、2 和 5 中高压下 La-Ca-H 体系的电阻温度依赖性。插图：run 1 中激光加热前后样品与四根电极的照片。

 

                                         

图 2. 外部磁场下超导转变的电阻测量。(a)、(b) 167 和 160 GPa run 5 电阻在外部磁场下的温度依赖性。(c) 从 run 5 中外推出的La-Ca-H 体系的上临界磁场，采用 GL 和简化的 WHH 模型进行拟合。Tc 值由正常状态电阻的 Tc onset 确定。

 

                                                                   

图 3. La-Ca-H 体系的同步辐射 XRD。175 GPa 下 Fm-3m-(La,Ca)H10 和 P63/mmc-(La,Ca)H10 的 XRD 图案 (λ = 0.6199 Å) 和 Le Bail 精修。实验 XRD 数据、计算数据和差异分别用粉色空心圆、绿线和棕色线表示。底部面板显示原始 XRD 图案。

 

                                                                

图 4. La-Ca-H 体系的 Tc 随压力变化的关系。Fm-3m-(La,Ca)H10和二元 LaH、Ca-H 体系的 Tc 随压力变化的关系。run 1 和run 2 中初始 La-Ca 合金的比例为 La0.9 : Ca0.1，而 runs 3-5 中初始 La-Ca 合金的比例为 La0.85 : Ca0.15。实心圆代表本研究的数据。

 

 

 

转载自：高压超导社团