High-temperature superconductivity in hydrides

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Over the past six years (2015–2021), many superconducting hydrides with critical temperatures $T_c$ up to $+15^{\circ }$C, which are currently record high, have been discovered. Now, we can already say that a special field of superconductivity has developed: hydride superconductivity at ultrahigh pressures. For the most part, the properties of superhydrides are well described by the Migdal–Eliashberg theory of strong electron–phonon interactions, especially when the anharmonicity of phonons is taken into account. We investigate the isotope effect, the effect of a magnetic field (up to 60–70 T) on the critical temperature and critical current in the hydride samples, and the dependence of $T_c$ on the pressure and the degree of doping. The divergences between the theory and experiment are of interest, especially in the regions of phase stability and in the behavior of the upper critical magnetic fields at low temperatures. We present a retrospective analysis of data from 2015–2021 and describe promising directions for future research on hydride superconductivity.

Sobre autores

Ivan Trojan

Institute of Cristallography Russian Academy of Sciences

ORCID ID: 0000-0001-8065-1687

Dmitry Semenok

Skolkovo Institute of Science and Technology

Anna Ivanova

Institute of Cristallography Russian Academy of Sciences

ORCID ID: 0000-0003-4497-8863

Alexander Kvashnin

Skolkovo Institute of Science and Technology

Email: AGKvashnin@gmail.com

Di. Zhou

Skolkovo Institute of Science and Technology

Andrei Sadakov

P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences

ORCID ID: 0000-0003-1691-8038

Oleg Sobolevskii

P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences

ORCID ID: 0000-0001-9406-9399

Vladimir Pudalov

P. N. Lebedev Physical Institute of the Russian Academy of Sciences; National Research University Higher School of Economics

Email: pudalov@lebedev.ru
ORCID ID: 0000-0002-1992-193X
Scopus Author ID: 7004386882
Researcher ID: L-6122-2013
Doctor of physico-mathematical sciences, Senior Researcher

Igor Lyubutin

Institute of Cristallography Russian Academy of Sciences

Email: lyubutinig@mail.ru
ORCID ID: 0000-0002-2084-9613

Artem Oganov

Skolkovo Institute of Science and Technology

Email: A.Oganov@skoltech.ru
Doctor of technical sciences, Professor

Bibliografia

  1. Wilson M. N., IEEE Trans. Appl. Supercond., 22 (2012), 3800212
  2. Клименко Е. Ю., УФН, 191 (2021), 861
  3. Schilling A. et al., Nature, 363 (1993), 56
  4. Putilin S. N. et al., Nature, 362 (1993), 226
  5. Drozdov A. P. et al., Nature, 525 (2015), 73
  6. Еремец М. И., Дроздов А. П., УФН, 186 (2016), 1257
  7. Drozdov A. P. et al., Nature, 569 (2019), 528
  8. Somayazulu M. et al., Phys. Rev. Lett., 122 (2019), 027001
  9. Oganov A. R., Glass C. W., J. Chem. Phys., 124 (2006), 244704
  10. Glass C. W., Oganov A. R., Hansen N., Comput. Phys. Commun., 175 (2006), 713
  11. Oganov A. R., Lyakhov A. O., Valle M., Acc. Chem. Res., 44 (2011), 227
  12. Lyakhov A. O. et al., Comput. Phys. Commun., 184 (2013), 1172
  13. Oganov A. R. et al., Nature, 457 (2009), 863
  14. Утюж А. Н., Михеенков А. В., УФН, 187 (2017), 953
  15. Duan D. et al., Sci. Rep., 4 (2014), 6968
  16. Kong P. et al., 26th AIRAPT Intern. Conf. on High Pressure Science and Technology, Book of Abstract (Beijing, China, August 18th - 23rd, 2017), 347
  17. Geballe Z. M. et al., Angew. Chem. Int. Ed., 57 (2018), 688
  18. Liu H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114 (2017), 6990
  19. Peng F. et al., Phys. Rev. Lett., 119 (2017), 107001
  20. Masafumi S. et al., Supercond. Sci. Technol., 33 (2020), 114004
  21. Kuzovnikov M. A., XXXVI Intern. Conf. on Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter, ELBRUS2021, Book of Abstract (1 - 6 March 2021, Elbrus, Kabardino-Balkaria, Russia), V. E. Fortov et al., Joint Inst. for High Temperatures RAS, Moscow, 2021, 157
  22. Pepin C. M. et al., Science, 357 (2017), 382
  23. Бажанова З. Г., Оганов А. Р., Джанола О., УФН, 182 (2012), 521
  24. Zhou D. et al., J. Am. Chem. Soc., 142 (2020), 2803
  25. Zhou D. et al., Sci. Adv., 6 (2020), eaax6849
  26. Kruglov I. A. et al., Sci. Adv., 4 (2018), eaat9776
  27. Semenok D. V. et al., Mater. Today, 33 (2020), 36
  28. Salke N. P. et al., Nat. Commun., 10 (2019), 4453
  29. Li X. et al., Nat. Commun., 10 (2019), 3461
  30. Troyan I. A. et al., Adv. Mater., 33 (2021), 2006832
  31. Kong P. et al., Nat. Commun., 12 (2021), 5075
  32. Sun Y. et al., Phys. Rev. Lett., 123 (2019), 097001
  33. Xie H. et al., J. Phys. Condens. Matter, 31 (2019), 245404
  34. Liang X. et al., Phys. Rev. B, 99 (2019), 100505
  35. Sukmas W. et al., J. Alloys Compd., 849 (2020), 156434
  36. Semenok D. V. et al., Curr. Opin. Solid State Mater. Sci., 24 (2020), 100808
  37. Snider E. et al., Nature, 586 (2020), 373
  38. Di Cataldo S. et al., Phys. Rev. B, 104 (2021), L020511
  39. Gao M. et al., Phys. Rev. B, 104 (2021), L100504
  40. Belli F. et al., Nat. Commun., 12 (2021), 5381
  41. Bi T. et al., “The search for superconductivity in high pressure hydrides”, Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences and Chemical Engineering, Elsevier, Amsterdam, 2019
  42. Zurek E., Bi T., J. Chem. Phys., 150 (2019), 050901
  43. Semenok D. V. et al., J. Phys. Chem. Lett., 12 (2021), 32
  44. Chen W. et al., Nat. Commun., 12 (2021), 273
  45. Семенок Д. В., Частное сообщение
  46. Fratanduono D. E. et al., Phys. Rev. Lett., 124 (2020), 015701
  47. Eremets M. I. et al., Nat. Phys., 15 (2019), 1246
  48. Loubeyre P., Occelli F., Dumas P., Nature, 577 (2020), 631
  49. Gregoryanz E. et al., Matter Radiat. Extremes, 5 (2020), 038101
  50. Guan P.-W., Hemley R. J., Viswanathan V., Proc. Natl. Acad. Sci., 118 (2021), e2110470118
  51. Wang H. et al., Phys. Rev. Lett., 126 (2021), 117002
  52. Yan J. et al.
  53. Bykova E. et al., Phys. Rev. B, 103 (2021), L140105
  54. Laniel D. et al., Phys. Rev. B, 102 (2020), 134109
  55. Allen P. B., Dynes R. C., Phys. Rev. B, 12 (1975), 905
  56. Ge Y. et al., Mater. Today Phys., 15 (2020), 100330
  57. Hu S. X. et al.
  58. Wang T. et al., Phys. Rev. B, 104 (2021), 064510
  59. Gubler M. et al.
  60. Hirsch J. E., Marsiglio F., Nature, 596 (2021), E9
  61. Hirsch J. E., Physica C, 2021, 1353964
  62. Bloch F., Z. Phys., 59 (1930), 208
  63. Grüneisen E., Ann. Physik, 408 (1933), 530
  64. Liu L. et al., Phys. Rev. B, 99 (2019), 140501
  65. Tsuppayakorn-aek P. et al., Mater. Res. Express, 7 (2020), 086001
  66. Quan Y., Pickett W. E., Phys. Rev. B, 93 (2016), 104526
  67. Guigue B., Marizy A., Loubeyre P., Phys. Rev. B, 102 (2020), 014107
  68. Gor'kov L. P., Superconductivity, v. 1, Conventional and Unconventional Superconductors, K. H. Bennemann, J. B. Ketterson, Springer, Berlin, 2008, 201
  69. Shen G., H K, Rep. Prog. Phys., 80 (2017), 016101
  70. Schultz E. et al., High Pressure Res., 25 (2005), 71
  71. Dubrovinsky L. et al., High Pressure Res., 30 (2010), 620
  72. Dubrovinskaia N., Dubrovinsky L., Phys. Scr., 93 (2018), 062501
  73. Ji C. et al., Nature, 573 (2019), 558
  74. Snider E. et al., Phys. Rev. Lett., 126 (2021), 117003
  75. Holtgrewe N. et al., High Pressure Res., 39 (2019), 457
  76. Capitani F. et al., Nat. Phys., 13 (2017), 859
  77. Rosa A. D. et al., High Pressure Res., 40 (2020), 65
  78. Talantsev E. F., Supercond. Sci. Technol., 33 (2020), 094009
  79. Talantsev E. F., Stolze K., Supercond. Sci. Technol., 34 (2021), 064001
  80. Peña-Alvarez M. et al., J. Phys. Chem. Lett., 12 (2021), 4910
  81. Koshoji R. et al., Phys. Rev. E, 103 (2021), 023307
  82. Koshoji R., Ozaki T., Phys. Rev. E, 104 (2021), 024101
  83. Weir C. E. et al., J. Res. Natl. Bureau Stand. A, 63 (1959), 55
  84. Mao H. K., Science, 200 (1978), 1145
  85. Flores-Livas J. A. et al., Phys. Rep., 856 (2020), 1
  86. Guo J., Adv. Mater., 31 (2019), 1807240
  87. Dubrovinskaia N. et al., Sci. Adv., 2 (2016), e1600341
  88. Boehler R. et al., High Pressure Res., 24 (2004), 391
  89. Chellappa R. S. et al., J. Chem. Phys., 131 (2009), 224515
  90. Song Y., Phys. Chem. Chem. Phys., 15 (2013), 14524
  91. Potter R. G. et al., J. Phys. Chem. C, 118 (2014), 7280
  92. Gutowski M. S., Autrey T., Chem. World, 3:3 (2006), 44
  93. Frueh S. et al., Inorg. Chem., 50 (2011), 783
  94. Ashcroft N. W., Phys. Rev. Lett., 92 (2004), 187002
  95. Liu H. Y. et al., Phys. Rev. B, 98 (2018), 100102
  96. Heil C. et al., Phys. Rev. B, 99 (2019), 220502
  97. Kvashnin A. G. et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, 10 (2018), 43809
  98. Chen W. et al., Phys. Rev. Lett., 127 (2021), 117001
  99. Li B. et al., J. Appl. Phys., 126 (2019), 235901
  100. Mahdi Davari Esfahani M. et al., Sci. Rep., 6 (2016), 22873
  101. Hong F. et al.
  102. Flores-Livas J. A. et al., Phys. Rev. B, 93 (2016), 020508
  103. Drozdov A. P., Eremets M. I., Troyan I. A.
  104. Hou P. et al., RSC Adv., 5 (2015), 5096
  105. Goncharenko I. et al., Phys. Rev. Lett., 100 (2008), 045504
  106. Hou P. et al., Phys. Rev. B, 103 (2021), 134305
  107. Wang H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 109 (2012), 6463
  108. Ma L. et al.
  109. Zheng X. H., Zheng J. X., Solid State Commun., 331 (2021), 114295
  110. Jia Y. et al., Appl. Phys. Lett., 93 (2008), 032503
  111. Errea I. et al., Phys. Rev. Lett., 114 (2015), 157004
  112. Errea I. et al., Nature, 578 (2020), 66
  113. Errea I. et al., Phys. Rev. Lett., 111 (2013), 177002
  114. Shapeev A. V., Multiscale Model. Simul., 14 (2016), 1153
  115. Ladygin V. V. et al., Comput. Mater. Sci., 172 (2020), 109333
  116. Podryabinkin E. V., Shapeev A. V., Comput. Mater. Sci., 140 (2017), 171
  117. Dickey J. M., Paskin A., Phys. Rev., 188 (1969), 1407
  118. Semenok D. V. et al., Mater. Today, 48 (2021), 18
  119. Мигдал А. Б., ЖЭТФ, 34 (1958), 1438
  120. Элиашберг Г. М., ЖЭТФ, 38 (1960), 966
  121. Kruglov I. A. et al., Phys. Rev. B, 101 (2020), 024508
  122. Kostrzewa M. et al., Sci. Rep., 8 (2018), 11957
  123. Lüders M. et al., Phys. Rev. B, 72 (2005), 024545
  124. Marques M. A. L. et al., Phys. Rev. B, 72 (2005), 024546
  125. Tsutsumi K. et al., Phys. Rev. B, 102 (2020), 214515
  126. Floris A. et al., Physica C, 456 (2007), 45
  127. Sanna A., Pellegrini C., Gross E. K. U., Phys. Rev. Lett., 125 (2020), 057001
  128. Flores-Livas J. A., Sanna A., Gross E. K. U., Eur. Phys. J. B, 89 (2016), 63
  129. Sanna A. et al., J. Phys. Soc. Jpn., 87 (2018), 041012
  130. Wang C., Yi S., Cho J.-H., Phys. Rev. B, 101 (2020), 104506
  131. Giustino F., Cohen M. L., Louie S. G., Phys. Rev. B, 76 (2007), 165108
  132. Ponce S. et al., Comput. Phys. Commun., 209 (2016), 116
  133. Margine E. R., Giustino F., Phys. Rev. B, 87 (2013), 024505
  134. van der Pauw L. J., Philips Res. Rep., 13 (1958), 1
  135. van der Pauw L. J., Philips Tech. Rev., 20 (1958), 220
  136. Lamichhane A. et al., J. Chem. Phys., 155 (2021), 114703
  137. Chen W., Private communication
  138. Einaga M. et al., Nat. Phys., 12 (2016), 835
  139. Huang X. et al., Natl. Sci. Rev., 6 (2019), 713
  140. Hong F. et al., Chinese Phys. Lett., 37 (2020), 107401
  141. Buhot J., Conf. on Science at Extreme Conditions, CSEC-2021 (26-30 July 2021, Edinburgh, UK), IOP, Bristol, 2021
  142. Li Z. et al., Nat. Commun., 13 (2022), 2863
  143. Hirsch J. E., Marsiglio F., Physica C, 587 (2021), 1353896
  144. Hirsch J. E., Marsiglio F., Physica C, 584 (2021), 1353866
  145. Dogan M., Cohen M. L., Physica C, 583 (2021), 1353851
  146. Hirsch J. E., Marsiglio F., Phys. Rev. B, 103 (2021), 134505
  147. Meissner W., Ochsenfeld R., Naturwissenschaften, 21 (1933), 787
  148. Пудалов В. М., УФН, 191 (2021), 3
  149. Vedeneev S. I. et al., Phys. Rev. B, 87 (2013), 134512
  150. Abdel-Hafiez M. et al., Phys. Rev. B, 91 (2015), 165109
  151. Vlasenko V. A. et al., Supercond. Sci. Technol., 34 (2021), 035019
  152. Troyan I. et al., Science, 351 (2016), 1303
  153. Struzhkin V. et al., Matter Radiat. Extremes, 5 (2020), 028201
  154. Minkov V. et al., Research Square, 2021
  155. Hirsch J. E.
  156. Bean C. P., Rev. Mod. Phys., 36 (1964), 31
  157. Gokhfeld D. M. et al., J. Appl. Phys., 109 (2011), 033904
  158. Гохфельд Д. М., Письма в ЖТФ, 45:2 (2019), 3
  159. Bjork R., Bahl C. R. H., Appl. Phys. Lett., 103 (2013), 102403
  160. Prozorov R., Kogan V. G., Phys. Rev. Appl., 10 (2018), 014030
  161. Hirsch J. E., Marsiglio F.
  162. Brorson S. D. et al., Phys. Rev. Lett., 64 (1990), 2172
  163. Mozaffari S. et al., Nat. Commun., 10 (2019), 2522
  164. Sun D. et al., Nat. Commun., 12 (2021), 6863
  165. Андреев А. Ф., ЖЭТФ, 46 (1964), 1823
  166. Cao Z.-Y. et al.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».