Synthesis and Superconducting Properties of Some Phases of Iron Polyhydrides at High Pressures

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

Experimental syntheses of two iron polyhydrides FeHx(I) and FeHx(II) have been carried out in diamond anvil cells by laser heating of metallic iron to temperatures of about 700 and 2000 K at pressures of 178 and 195 GPa, respectively. The initial sample is an iron plate enriched in the Fe-57 Mössbauer isotope placed in ammonia borane (BH3NH3). The electronic properties of FeHx compounds have been studied by measuring the electrical resistance R(T) at high pressures (180–216 GPa) in the temperature range of ~8–300 K. Based on the obtained R(T) data, two superconducting phases of FeHx compounds with the maximum critical transition temperatures Tc ≈ 25.0 and 27.7 K have been identified. It has been found that with increasing pressure, the temperature Tc in both hydrides increases linearly with the coefficients dTc/dP ~ 0.063 ± 0.001 K/GPa and 0.056 ± 0.003 K/GPa for the FeHx(I) and FeHx(II) phases, respectively. Superconductivity in iron hydrides revealed by the measured resistance R(T) has been confirmed by a number of additional methods.

Sobre autores

A. Gavrilyuk

Institute for Nuclear Research, Russian Academy of Sciences; Shubnikov Institute of Crystallography, Federal Scientific Research Centre Crystallography and Photonics, Russian Academy of Sciences; Immanuel Kant Baltic Federal University

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

I. Troyan

Institute for Nuclear Research, Russian Academy of Sciences; Shubnikov Institute of Crystallography, Federal Scientific Research Centre Crystallography and Photonics, Russian Academy of Sciences

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

V. Struzhkin

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

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

D. Trunov

Institute for Nuclear Research, Russian Academy of Sciences

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

S. Aksenov

Institute for Nuclear Research, Russian Academy of Sciences

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

A. Mironovich

Institute for Nuclear Research, Russian Academy of Sciences

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

A. Ivanova

Institute for Nuclear Research, Russian Academy of Sciences; Shubnikov Institute of Crystallography, Federal Scientific Research Centre Crystallography and Photonics, Russian Academy of Sciences

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

I. Lyubutin

Shubnikov Institute of Crystallography, Federal Scientific Research Centre Crystallography and Photonics, Russian Academy of Sciences

Autor responsável pela correspondência
Email: gavriliuk@mail.ru
119333, Moscow, Russia

Bibliografia

  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).

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Российская академия наук, 2023

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».