Bajo una presión extremadamente alta, el hidrógeno se transformará en hidrógeno metálico debido a su estructura cuántica y electrónica única, convirtiéndose muy probablemente en un superconductor a temperatura ambiente. Anteriormente, la Universidad de Harvard informó evidencia experimental de que el hidrógeno sólido se transformaba en hidrógeno metálico atómico a una presión de 495 GPa, pero hubo controversia. Además de obtener hidrógeno metálico atómico en un sistema de hidrógeno puro, agregar otros elementos al sistema de hidrógeno para formar hidruros ricos con alto contenido de hidrógeno también es una forma de obtener hidrógeno metálico: utilizando la "precompresión química" de átomos que no son de hidrógeno, a menor presión alcanza el estado metálico y la superconductividad. Por lo tanto, la búsqueda de compuestos ricos en hidrógeno con mayor contenido de hidrógeno y excelente rendimiento es una dirección de investigación importante en el campo de la superconductividad basada en hidrógeno. Se sintetizó con éxito un nuevo superhidruro de bario Bah 12 (CMC 21 pseudocúbico) dopando el hidruro Ba con la relación estequiométrica de hidrógeno más alta del experimento. Basándose en la difracción de rayos X de la radiación sincrotrón de alta presión in situ y en cálculos teóricos, se descubrió que el nuevo superhidruro de bario BaH12 tiene una estructura cúbica retorcida y es metálico. BaH12 es estable a 75 GPa, aproximadamente una quinta parte de la presión requerida para el hidrógeno metálico molecular. Las mediciones eléctricas de alto voltaje in situ muestran que su temperatura de transición superconductora es de 20 K a 140 GPa. Esta investigación ha logrado avances históricos en la comprensión de las características estructurales de los superconductores de alta temperatura basados en hidrógeno y proporciona una ruta de referencia importante para realizar la superconductividad a temperatura ambiente bajo presión atmosférica.
Utilizando tecnología de medición de difracción de rayos X de radiación sincrotrón de alta presión in situ combinada con tecnología de calentamiento láser, sintetizamos con éxito el compuesto rico en hidrógeno BaH12 con una estructura cuasi cúbica en cuatro conjuntos de DAC #B0 -Experimentos B3 (ver Figura 1). Para superar el problema de la penetración del hidrógeno, utilizamos NH3BH3(AB) como fuente de hidrógeno. Este enfoque ha demostrado ser eficaz para sintetizar superhidruros a presiones superiores al millón de atmósferas. El metal Ba (0 ~ 10 micrones) y AB (como fuente de hidrógeno y medio de transmisión de presión) se calientan mediante láser a más de 1500 K bajo la presión objetivo. Después del calentamiento se puede observar claramente la expansión volumétrica de la muestra de metal, lo que indica la formación de nuevos compuestos. Mediante una combinación de mediciones experimentales y cálculos teóricos, se determinaron en mayor detalle la relación estequiométrica y la simetría del nuevo hidruro de bario.
Excepto...
Además de la estructura, mediante cálculos teóricos adicionales, se obtuvieron varias estructuras cúbicas retorcidas Bah 12: CMC 21, P 21, P 1 (ver Figura 2). Los resultados del cálculo muestran que
-BaH12 es termodinámica y cinéticamente inestable (δ hform >: 0,19 eV/átomo), por lo que puede distorsionarse en Cmc 21, P 21 o P 1 de baja simetría, el pico de difracción. de la débil fase no cúbica en el patrón XRD también demuestra la posibilidad de distorsión estructural. Combinado con las propiedades metálicas observadas en el experimento, el BaH12 sintetizado tiene una estructura Cmc 21.
Figura 2: Diagramas de densidad de fonones y electrones de varias estructuras cúbicas retorcidas de BaH12.
Los resultados del cálculo de la función de distribución local de electrones muestran que los átomos de hidrógeno en la estructura Cmc 21-BaH12 son H2 (dH-H=0,78?) y
(dH-H =0,81 y 1,07?), formando una cadena larga en forma de herradura (DH-H
Figura 3: Función de localización electrónica y densidad de distribución de estado de la estructura Cmc 21-bah 12 a una presión de 3:150 GPa.
Para estudiar la metalicidad y la superconductividad de la estructura Cmc 21-BaH12, realizamos mediciones eléctricas de alto voltaje in situ. Después de preparar las muestras objetivo a 140 GPa y 1600 K, las mediciones de alto voltaje in situ. las mediciones de resistencia de voltaje los confirmaron. La metalicidad de BaH12 es de 20 K a 140 GPa, lo que es consistente con los resultados teóricos (Figura 4) es el hidruro metálico con el mayor contenido de hidrógeno y la presión estable más baja. de hidrógeno metálico y compuestos ricos en hidrógeno proporciona nuevas ideas.
Figura 4:4: El cambio de resistencia de la muestra con una presión de 140 GPa y los parámetros superconductores calculados de BaH12.
* * *Los primeros autores de este estudio son el Dr. Chen de la Universidad de Jilin, el Dr. Dmitrii V. Semenok y el Dr. Alexander G. Kvashnin del Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo, y los autores correspondientes son Profesor Cui Tian de la Universidad de Ningbo y de la Universidad de Jilin. Profesor de la Universidad y profesor Artem R. Oganov del Instituto de Tecnología de Skolkovo. Este trabajo contó con el firme apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China y la Línea de Radiación Sincrotrón de Fuente de Luz de Shanghai BL15U1.
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