Синтез и сверхпроводящие свойства некоторых фаз полигидридов железа при высоких давлениях

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

При лазерном нагреве образца в камерах высокого давления с алмазными наковальнями выполнен экспериментальный синтез двух полигидридов железа FeHx(I) и FeHx(II) в условиях мегабарных давлений 178 и 195 ГПа и высоких температур около 700 и 2000 К соответственно. Исходным образцом служила пластинка металлического железа, обогащенного мессбауэровским изотопом Fe-57, помещенная в среду борана аммиака (BH3NH3). Электронные свойства соединений FeHx исследованы с помощью измерения электрического сопротивления R ( T ) при высоких давлениях (180-216 ГПа) в температурном диапазоне ~ 8-300 К. По данным R(T ) обнаружены две сверхпроводящие фазы соединений FeHxс максимальными критическими температурами сверхпроводящего перехода TC ≈ 25.0 и 27.7 К. Установлено, что значение TC в обоих гидридах линейно растет с увеличением давления с коэффициентом dTC/dP ~ 0.063 ± 0.001 K/ГПа для фазы FeHx(I) и dTC/dP ~ 0.056 ± 0.003 K/ГПа для фазы FeHx(II). Кроме измерений R(T ), эффект сверхпроводимости в гидридах железа подтвержден рядом дополнительных методов.

Об авторах

А. Г. Гаврилюк

Институт ядерных исследований РАН;Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” РАН;Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, Troitsk, Moscow, Russia; 119333, Moscow, Russia; 236041, Kaliningrad, Russia

И. А. Троян

Институт ядерных исследований РАН;Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” РАН

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, Troitsk, Moscow, Russia; 119333, Moscow, Russia

В. В. Стружкин

Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR)

Email: gavriliuk@mail.ru
Pudong, 201203, Shanghai, People’s Republic of China

Д. Н. Трунов

Институт ядерных исследований РАН

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, Troitsk, Moscow, Russia

С. Н. Аксенов

Институт ядерных исследований РАН

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, Troitsk, Moscow, Russia

А. А. Миронович

Институт ядерных исследований РАН

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, Troitsk, Moscow, Russia

А. Г. Иванова

Институт ядерных исследований РАН;Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” РАН

Email: gavriliuk@mail.ru
108840, Troitsk, Moscow, Russia; 119333, Moscow, Russia

И. С. Любутин

Федеральный научно-исследовательский центр “Кристаллография и фотоника” РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: gavriliuk@mail.ru
119333, Moscow, Russia

Список литературы

  1. D.Y. Pushcharovsky, Geochemistry International 57, 941 (2019).
  2. K.D. Litasov and A. F. Shatskiy, Russian Geology and Geophysics 57, 22 (2016).
  3. Z.G. Bazhanova, V.V. Roizen, and A.R. Oganov, Phys.-Uspekhi 60, 1025 (2017).
  4. K.D. Litasov, Z. I. Popov, P.N. Gavryushkin, S.G. Ovchinnikov, and A. S. Fedorov, Russian Geology and Geophysics 56, 164 (2015).
  5. K. Hirose, B. Wood, and L. Voˇcadlo, Nat. Rev. Earth Environ. 2, 645 (2021).
  6. S. Tagawa, N. Sakamoto, K. Hirose, S. Yokoo, J. Hernlund, Y. Ohishi, and H. Yurimoto, Nat. Commun. 12, 2588 (2021).
  7. S. Tagawa, H. Gomi, K. Hirose, and Y. Ohishi, Geophys. Res. Lett. 49, e2021GL096260 (2022).
  8. N. Hirao, T. Kondo, E. Ohtani, K. Takemura, and T. Kikegawa, Geophys. Res. Lett. 31, L06616-1 (2004).
  9. Y. He, D.Y. Kim, V.V. Struzhkin, Z.M. Geballe, V. Prakapenka, and H.-k. Mao, Sci. Bull. 68(4), 1567 (2023).
  10. M. J. Walter, National Science Review 8, nwab007 (2021).
  11. H. Mao and W. L. Mao, Matter and Radiation at Extremes 5, 038102 (2020).
  12. A.P. Drozdov, M. I. Eremets, I.A. Troyan, V. Ksenofontov, and S. I. Shylin, Nature 525, 73 (2015).
  13. I. Troyan, A. Gavriliuk, R. R¨uffer, A. Chumakov, A. Mironovich, I. Lyubutin, D. Perekalin, A.P. Drozdov, and M. I. Eremets, Science 351, 1303 (2016).
  14. M. Somayazulu, M. Ahart, A.K. Mishra, Z.M. Geballe, M. Baldini, Y. Meng, V.V. Struzhkin, and R. J. Hemley, Phys. Rev. Lett. 122, 027001 (2019).
  15. I.A. Troyan, D.V. Semenok, A.G. Kvashnin et al. (Collaboration), Advanced Materials 2006832 (2021).
  16. D. Wang, Y. Ding, and H.-K. Mao, Materials 14, 7563 (2021).
  17. I.A. Troyan, D.V. Semenok, A.G. Ivanova, A.G. Kvashnin, D. Zhou, A.V. Sadakov, O.A. Sobolevskiy, V.M. Pudalov, I. S. Lyubutin, and A.R. Oganov, Physics-Uspekhi 65, 748 (2022).
  18. C.M. P'epin, A. Dewaele, G. Geneste, P. Loubeyre, and M. Mezouar, Phys. Rev. Lett. 113, 265504 (2014).
  19. C.M. P'epin, Science 357, 382 (2017).
  20. Z.G. Bazhanova, A.R. Oganov, and O. Gianola, Phys.-Uspekhi 55, 489 (2012).
  21. A.G. Kvashnin, I.A. Kruglov, D.V. Semenok, and A.R. Oganov, J. Phys. Chem. C 122, 4731 (2018).
  22. F. Li, D. Wang, H. Du, D. Zhou, Y. Ma, and Y. Liu, RSC Adv. 7, 12570 (2017).
  23. N. Zarifi, T. Bi, H. Liu, and E. Zurek, J. Phys. Chem. C 122, 24262 (2018).
  24. S. Zhang, J. Lin, Y. Wang, G. Yang, A. Bergara, and Y. Ma, J. Phys. Chem. C 122, 12022 ( 2018).
  25. D.N. Sagatova, P.N. Gavryushkin, N.E. Sagatov, I.V. Medrish, and K.D. Litasov, JETP Lett. 111, 145 (2020).
  26. V.E. Antonov, I.T. Belash, V.F. Degtyareva, E.G. Ponyatovskii, and V. I. Shiryaev, Sov. Phys. Dokl., Engl. Transl. 25, 490 (1980).
  27. V.E. Antonov, I.T. Belash, and E.G. Ponyatovsky, Scr. Mater. 16, 203 (1982).
  28. V.E. Antonov, I.T. Belash, E.G. Ponyatovskii, V.G. Thiessen, and V. I. Shiryaev, Phys. Status Solidi A 65, K43 (1981).
  29. V.E. Antonov, I.T. Belash, V.F. Degtyareva, D.N. Mogilyansky, B.K. Ponomarev, and V. S. Shekhtman, Sov. Phys. Dokl. 14, 371 (1989).
  30. V.E. Antonov, K. Cornell, V.K. Fedotov, A. I. Kolesnikov, E.G. Ponyatovsky, V. I. Shiryaev, and H. Wipf, J. Alloys Compounds 264(1-2), 214 (1998).
  31. V.E. Antonov, M. Baier, B. Dorner, V.K. Fedotov, G. Grosse, A. I. Kolesnikov, E.G. Ponyatovsky, G. Schneider, and F. E. Wagner, J. Phys. Condens. Matter 14, 6427 (2002).
  32. Y. Fukai, M. Yamakata, and T. Yagi, Z. F¨ur Phys. Chem. 179, 119 (1993).
  33. H. Saitoh, A. Machida, H. Sugimoto, T. Yagi, K. Aoki, and K. Aoki, J. Alloys Compd. 706, 520 (2017).
  34. M. Yamakata, T. Yagi, W. Utsumi, and Y. Fukai, Proc. Jpn. Acad. Ser. B 68, 172 (1992).
  35. I. Choe, R. Ingalls, J.M. Brown, Y. Sato-Sorensen, and R. Mills, Phys. Rev. B 44, 1 (1991).
  36. J.V. Badding, R. J. Hemley, and H.K. Mao, Science 253, 421 (1991).
  37. K. Sakamaki, E. Takahashi, Y. Nakajima, Y. Nishihara, K. Funakoshi, T. Suzuki, and Y. Fukai, Phys. Earth Planet. Inter. 174, 192 (2009).
  38. O. Narygina, L. Dubrovinsky, C. McCammon, A. Kurnosov, I. Kantor, V.B. Prakapenka, and N. Dubrovinskaia, Earth Planet. Sci. Lett. 307, 409 (2011).
  39. C. Kato, K. Umemoto, K. Ohta, S. Tagawa, K. Hirose, and Y. Ohishi, Am. Mineral. 105, 917 (2020).
  40. A. Machida, H. Saitoh, T. Hattori, A. Sano-Furukawa, K. Funakoshi, T. Sato, S. I. Orimo, K. Aoki, and K. Aoki, Sci. Rep. 9, 12290 (2019).
  41. K. Ohta, S. Suehiro, K. Hirose, and Y. Ohishi, Comptes Rendus Geosci. 351, 147 (2019).
  42. J. Ying, J. Zhao, W. Bi, E.E. Alp, Y. Xiao, P. Chow, G. Shen, and V.V. Struzhkin, Phys. Rev. B 101, 020405(R) (2020).
  43. E.C. Thompson, A.H. Davis, W. Bi, J. Zhao, E.E. Alp, D. Zhang, E. Greenberg, V.B. Prakapenka, and A. J. Campbell, Geochem. Geophys. Geosyst. 19, 305 (2018).
  44. A. Majumdar, J. S. Tse, M. Wu, and Y. Yao, Phys. Rev. B 96, 201107(R) (2017).
  45. C. Heil, G.B. Bachelet, and L. Boeri, Phys. Rev. B 97, 214510 (2018).
  46. A. Gavriliuk, I. Trojan, S. Aksenov, O. Leupold, I. Sergeev, H. Wille, A. Mironovich, I. Lyubutin, and V. Struzhkin, EPSC-DPS Joint Meeting 2019 13, EPSC-DPS2019-886 (2019).
  47. I. S. Lyubutin, I.A. Troyan, and A.G. Gavrilyuk, XVI International Conference M¨ossbauer Spectroscopy and its Applications, XVII ICMSA, 5-9 September, Ekaterinburg, Russia (2022), p. 69.
  48. A.G. Gavriliuk, V.V. Struzhkin, S.N. Aksenov, A.A. Mironovich, I.A. Troyan, A.G. Ivanova, and I. S. Lyubutin, JETP Lett. 117, 126 (2023).
  49. A.G. Gavriliuk, V.V. Struzhkin, S.N. Aksenov, A.G. Ivanova, A.A. Mironovich, I.A. Troyan, and I. S. Lyubutin, JETP Lett. 116, 804 (2022).
  50. Yu.V. Kondrat'ev, A.V. Butlak, I.V. Kazakov, and A.Y. Timoshkin, Thermochimica Acta 622, 64 (2015).
  51. H.-K. Mao, W.A. Bassett, and T. Takahashi, J. Appl. Phys. 38, 272 (1967).
  52. N.V. Barge and R. Boehler, High Pressure Research 6, 133 (1990).
  53. R. Boehler, N. v. Bargen, and A. Chopelas, J. Geophys. Res. 95, 21731 (1990).
  54. Y. Akahama and H. Kawamura, J. Appl. Phys. 100, 043516 (2006).
  55. H.E. Swanson, R.K. Fuyat, and G.M. Urginic, Natl. Bur. Stand. (U.S.) IV, 3 (1955).
  56. D. Daghero and R. S. Gonnelli, Supercond. Sci. Technol. 23, 043001 (2010).
  57. Z.-Y. Cao, H. Jang, S. Choi, J. Kim, S. Kim, J.-B. Zhang, A. S. Sharbirin, J. Kim, and T. Park, NPG Asia Mater. 15, 5 (2023).
  58. S.A. Kuzmichev and T. E. Kuzmicheva, Low Temp. Phys. 42, 1008 (2016).
  59. N. Hirao, Y. Akahama, and Y. Ohishi, Matter and Radiation at Extremes 7, 038403 (2022).

© Российская академия наук, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах