【摘 要】
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金属氢具有潜在的高温超导特性,但需要极高的压强。氢化物可以预吸附氢,从而降低体系稳定存在所需的压强。科学家们一直在努力寻找高温超导体,包括高压环境下氢化物超导体。BaH2是Ba-H体系在50-200 GPa最稳定的化学计量比,实验中发现BaH2的超导临界转变温度Tc非常低,在60 GPa时只有几m K。另一方面,Y-H体系是一个高Tc的超导体系。为了提高Ba-H体系的Tc,我们在Ba-H体系中引入
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金属氢具有潜在的高温超导特性,但需要极高的压强。氢化物可以预吸附氢,从而降低体系稳定存在所需的压强。科学家们一直在努力寻找高温超导体,包括高压环境下氢化物超导体。BaH2是Ba-H体系在50-200 GPa最稳定的化学计量比,实验中发现BaH2的超导临界转变温度Tc非常低,在60 GPa时只有几m K。另一方面,Y-H体系是一个高Tc的超导体系。为了提高Ba-H体系的Tc,我们在Ba-H体系中引入轻稀土Y元素,研究了YBaHn（n=2-12）共11个组分的Y-Ba-H体系的结构、热力学稳定性及超导电性等性质。在50-200 GPa下,采用遗传（Genetic Algorithm,GA）算法结合第一性原理结构优化方法搜索了YBaHn（n=2-12）的稳定结构并进行了结构稳定性的分析,进一步采用Quantum Espresso软件计算预测了高压下Y-Ba-H体系的Tc,分析了其能带、声子带、电声耦合和超导电性。研究结果表明:在50-100 GPa下,YBaH5是最稳定的组分,计算结果显示它在73GPa时会发生相变,由P3m1转变为R3m相。在150-200 GPa下,P6/mmm-YBaH4是最稳定的相。在150 GPa下,计算得到P6/mmm-YBaH4和R3m-YBaH5的Tc分别为12.9和6.7 K。YBaH8在50-200 GPa下不是最稳定的相,是一种亚稳相,通过三角相图的分析,P4/mmm-YBaH8可能的合成路径是BaH2+YH6→YBaH8。P4/mmm-YBaH8在50和150 GPa下的Tc计算值分别是52.2和95.3 K。与BaH2和YH6对比,YBaH8的Tc介于前两者之间,Tc比二元BaH2体系有了很大提高,比YH6的低。但YBaH8稳定存在的最小压强为50 GPa,比YH6存在的最小压强100 GPa低。此外,我们还计算研究了La BaH8,发现La BaH8在50和150 GPa下Tc分别为39.6和48.7 K。YBaH8的Tc比La BaH8更高。本文的研究可以为Y-Ba-H体系的实验研究提供一定的理论信息和参考价值。
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