高压下典型镧系金属超氢化物的研究
发布时间：2021-07-11 12:39
近一个世纪以来,室温超导一直是极具挑战性的前沿研究课题。根据传统超导体的BCS理论,材料的德拜温度与质量的平方根成反比,因此理论预言固态氢转变为金属态后将成为高温超导体甚至室温超导体。压力是实现金属氢的最有效途径,但是目前实验压力已经达到495 GPa左右,仍然没有获得氢金属化的直接证据,需要更高的实验压力进一步研究,但是实验上500 GPa以上超高压力的实现以及相应的表征技术都具有很大的挑战。直到2004年Ashcroft提出将较大体积的非氢原子引入氢的晶格中形成富氢化合物,由于化学预压的作用,富氢材料比纯氢更容易金属化,是潜在的高温超导体。2014年,本课题组原创性的预测H3S在高压下的Tc突破200 K,打破了铜基氧化物所保持的超导记录,后被德国、日本及本课题组的高压实验所证实,这一研究工作引领了富氢化合物的新一轮研究热潮。最近,高压下合成的新型富氢化合物LaH10再一次获得创纪录的超导转变温度250 K,开创了超导的新纪元,因此富氢化合物成为室温超导体的最佳候选体系。理论预测结果表明镧氢化物具有独特的H笼构型,而...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
依托高压装置而发展的超导性质
吉林大学博士学位论文2图1.1依托高压装置而发展的超导性质1.2金属氢的研究现状及意义图1.2氢的高压相图及金属化区域氢是质量最小的元素，在宇宙中分布十分广泛。我们所熟知的自然界中较低压较力下的氢是绝缘分子相。早在1935年Wigner和Huntington就通过理论预测表明足够的压力会引起分子氢向原子氢的过渡最终实现氢的金属化[9]。根据Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）[10]理论临界温度的表达式可知，决定超导转
吉林大学博士学位论文4GPa观察到了氢的反射率达到0.91[27]，然而这一结果仍具有很大的争议需要重复验证。尽管实验上实现这么高的压力还具有很大的难度，同时此压力下对氢的探测也具有很大的挑战，但在天体的核心处就具有这样量级的压力，木星的很大一部分可能是由液态金属氢形成的[28]。实验上关于纯氢超导性的实验探究仍在继续，金属氢是否具有高超导转变温度Tc的确认仍在进行中。除了超导方面的优异性能，金属氢也是极好的含能材料，能量密度相当于相同质量TNT的50倍，是重要的能源材料。目前依然有许多学者致力于金属氢的获得和其性质的探测。1.3富氢化合物的研究意义富氢化合物在高压下具有丰富的晶体结构和电子结构，是物理学、材料科学及超导界共同关注的前沿方向。富氢化合物是潜在的高温超导体的观点可以追溯到2004年NeilAshcroft提出的化学预压的方法[29]，该方法通过非氢原子对氢亚晶格产生的二次压缩作用降低了金属氢的实现压力。因此在对金属氢的高温超导电性的探究难度如此之大的情况下，大多数研究人员将研究方向转向了富氢化合物的合成与性质探究。图1.3元素周期表中元素与氢形成二元氢化物的超导理论预测情况[30]首先吸引人们目光的是自然界中存在的IVA，VA，VIA以及VIIA族非金属元素与氢形成的满壳层氢化物，理论预测表明许多氢化物都具有超导性，例如研究最多的SiH4[31]，但实际合成理论预测的高压结构时遇到了挑战性，只在少数预测的氢化物能够被合成并探测了其超导性质，例如H-S体系[6,32,33]和P-H体
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-temperature superconductivity in sulfur hydride evidenced by alternating-current magnetic susceptibility[J]. Xiaoli Huang,Xin Wang,Defang Duan,Bertil Sundqvist,Xin Li,Yanping Huang,Hongyu Yu,Fangfei Li,Qiang Zhou,Bingbing Liu,Tian Cui. National Science Review. 2019(04)
[2]Hard X-ray micro-focusing beamline at SSRF[J]. 张丽丽,闫帅,蒋升,杨科,王华,何上明,梁东旭,张玲,何燕,兰旭颖,毛成文,王娟,蒋晖,郑怡,董朝晖,曾乐勇,李爱国. Nuclear Science and Techniques. 2015(06)
[3]Structural,electronic,magnetic and optical properties of neodymium chalcogenides using LSDA+U method[J]. A Shankar,D P Rai,Sandeep,R K Thapa. 半导体学报. 2012(08)
本文编号：3278113
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：94 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
依托高压装置而发展的超导性质
吉林大学博士学位论文2图1.1依托高压装置而发展的超导性质1.2金属氢的研究现状及意义图1.2氢的高压相图及金属化区域氢是质量最小的元素，在宇宙中分布十分广泛。我们所熟知的自然界中较低压较力下的氢是绝缘分子相。早在1935年Wigner和Huntington就通过理论预测表明足够的压力会引起分子氢向原子氢的过渡最终实现氢的金属化[9]。根据Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）[10]理论临界温度的表达式可知，决定超导转
吉林大学博士学位论文4GPa观察到了氢的反射率达到0.91[27]，然而这一结果仍具有很大的争议需要重复验证。尽管实验上实现这么高的压力还具有很大的难度，同时此压力下对氢的探测也具有很大的挑战，但在天体的核心处就具有这样量级的压力，木星的很大一部分可能是由液态金属氢形成的[28]。实验上关于纯氢超导性的实验探究仍在继续，金属氢是否具有高超导转变温度Tc的确认仍在进行中。除了超导方面的优异性能，金属氢也是极好的含能材料，能量密度相当于相同质量TNT的50倍，是重要的能源材料。目前依然有许多学者致力于金属氢的获得和其性质的探测。1.3富氢化合物的研究意义富氢化合物在高压下具有丰富的晶体结构和电子结构，是物理学、材料科学及超导界共同关注的前沿方向。富氢化合物是潜在的高温超导体的观点可以追溯到2004年NeilAshcroft提出的化学预压的方法[29]，该方法通过非氢原子对氢亚晶格产生的二次压缩作用降低了金属氢的实现压力。因此在对金属氢的高温超导电性的探究难度如此之大的情况下，大多数研究人员将研究方向转向了富氢化合物的合成与性质探究。图1.3元素周期表中元素与氢形成二元氢化物的超导理论预测情况[30]首先吸引人们目光的是自然界中存在的IVA，VA，VIA以及VIIA族非金属元素与氢形成的满壳层氢化物，理论预测表明许多氢化物都具有超导性，例如研究最多的SiH4[31]，但实际合成理论预测的高压结构时遇到了挑战性，只在少数预测的氢化物能够被合成并探测了其超导性质，例如H-S体系[6,32,33]和P-H体
【参考文献】：
期刊论文
[1]High-temperature superconductivity in sulfur hydride evidenced by alternating-current magnetic susceptibility[J]. Xiaoli Huang,Xin Wang,Defang Duan,Bertil Sundqvist,Xin Li,Yanping Huang,Hongyu Yu,Fangfei Li,Qiang Zhou,Bingbing Liu,Tian Cui. National Science Review. 2019(04)
[2]Hard X-ray micro-focusing beamline at SSRF[J]. 张丽丽,闫帅,蒋升,杨科,王华,何上明,梁东旭,张玲,何燕,兰旭颖,毛成文,王娟,蒋晖,郑怡,董朝晖,曾乐勇,李爱国. Nuclear Science and Techniques. 2015(06)
[3]Structural,electronic,magnetic and optical properties of neodymium chalcogenides using LSDA+U method[J]. A Shankar,D P Rai,Sandeep,R K Thapa. 半导体学报. 2012(08)
本文编号：3278113
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