作者:王霖等 来源:《国家科学评论》 发布时间:2019/8/15 10:24:21
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高压200GPa,PH3分子结构如何变?

 

氢化物是高温超导领域的新星。2015年,德国马普所Drozdov等人发现,在超高压条件(155 GPa)下硫化氢(H2S)可以在203.5 K(-70℃)温度下实现超导。2018年,Somayazulu等人发现,高压条件下的LaH10可以在260 K(-13 ℃)表现出超导迹象,这一成绩已经接近室温超导的“圣杯”。

那么,在高压条件下,氢化物的结构到底发生了哪些改变?为什么它们可以在较高温度下获得超导性能?

为回答这些问题,北京高压科学研究中心王霖教授课题组和江苏师范大学、温州大学、及上海应用物理研究所等多个单位合作,以磷烷(PH3)为研究对象,结合原位高压实验和第一性原理计算,对PH3在高压下的结构和化学计量比的演化进行了细致研究。相关研究结果在线发表于《国家科学评论》(National Science Review),文章题为“Stoichiometric evolutions of PH3 under high pressure: implication for high Tc superconducting hydrides”。

金刚石对顶砧高压原位测量技术显示,在室温条件下,PH3只可以稳定保持到11.7 GPa,之后发生二聚反应生成P2H4;在25 GPa,P2H4会再次聚合生成P4H6;当压力高于35 GPa,P4H6会最终分解为磷单质和氢气。

而低温条件下,磷氢化合物在高压下的聚合和分解可以被有效抑制。在205 GPa高压下,P4H6分子依然能稳定存在。

Calypso软件计算结果表明,高压条件下,P4H6存在两种可能的稳定结构:Cmcm结构和C2/m结构,二者分别在不同压力下更加稳定。这两种结构的P4H6都可以在高压下转变为超导体,其中,C2/m结构P4H6在200 GPa计算的Tc值为67 K,这一结果与实验温度相符。

以上实验和计算结果,可以为氢化物超导机制的研究提供方向。(来源:科学网)

相关论文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwz010

 
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