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我院老师在高压下氢化物非谐量子效应及其超导电性的研究方面取得进展

我院侯朴赓老师及西班牙巴斯克大学Ion Errea教授研究团队在高压下氢化物非谐量子效应及其超导电性的研究方面取得进展,系统进行了Pm-3n-AlH3高压下动力学稳定性及超导电性的研究。相关成果以“Strong anharmonic and quantum effects in Pm-3n AlH3 under high pressure: A first-principles study”为题,于2021年5月发表在Physical Review B杂志上。

   Ashcroft等人提出Pm-3n-AlH3100 GPa以上压力动力学稳定,并在110 GPa 超导转变温度达到24 K。而实验上Eremets等人发现在120-164 GPa时超导转变温度不足4 K。因此,侯朴赓老师使用考虑量子效应的SSCHA计算程序对此结构进行了动力学计算。非谐量子效应修正计算结果表明:由于体系的对称性较高,每个氢原子均处于由4Al原子构成的正四面体中心,所以晶体结构在考虑非谐量子效应计算下没有变化,但其晶格常数有不同程度的改变,其动力学分别由简谐近似和非谐量子效应近似计算并对比。

Pm-3n-AlH3简谐近似与非谐近似的超导转变温度及电声耦合常数随压力变化对比图

简谐近似下,声子谱在99 GPa下出现虚频。而非谐量子效应计算结果表明,其动力学稳定性至少保持在70 GPa以上。同时侯朴赓老师对其在99-151 GPa范围内超导转变温度进行计算,计算结果表明:随压力升高,Pm-3n-AlH3超导转变温度逐渐降低,在120 GPa下超导转变温度为4 K,与实验数据符合很好,证明了非谐效应计算的精确性。同时与基于简谐近似的超导电性计算结果进行了对比,如图所示。计算结果表明:简谐近似计算过高估计了其超导转变温度,其超导电性的弱化是由于非谐效应下声子谱振动频率增大进而降低了电声耦合常数引起的。非谐效应下,电声耦合常数比简谐近似计算结果下降了至少30%151 GPa),最多时已下降达到45%108 GPa)。Pm-3n-AlH3是迄今为止非谐量子效应最为明显的结构。

该研究工作得到了国家自然科学基金委理论物理专项,吉林省教育厅十三五科学研究规划项目和European Union's Horizon 2020 research and innovation项目的支持。

文章链接:https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.103.134305

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