中等压力下的铀多氢化物预测,合成和预期的超导性

更新时间: Oct 10, 2019  作者:刘趣发彩票app下载  来源:

富氢氢化物引起了极大的关注,这是由于最近的理论(1)和随后在H3S中记录高温超导的实验发现[Tc=203K,155GPa(2)]。在这里,我们使用从头算进化晶体结构预测,在高达500GPa的压力下寻找稳定的铀氢化物。U-H系统的化学反应非常丰富,含有14种新化合物,包括富氢的UH5,UH6,U2H13,UH7,UH8,U2H17和UH9。它们的晶体结构基于常见的面心立方或六方密堆积铀亚晶格和不寻常的H8立方簇。我们在1到103GPa的高压实验证实了预测的UH7,UH8和UH5的三个不同阶段,提高了对其他阶段预测的信心。预计许多新预测的相是高温超导体。最高Tc超导体是UH7,预计在22GPa以上的压力下热力学稳定(Tc=44到54K),这个阶段在减压到零压力时保持动态稳定(Tc=57到66K)。

简介

氢化铀是一种剧毒化合物,可在空气中自燃(3)并与水反应(4)。它主要用于分离氢同位素(5),但它也可以是爆炸物的一种成分。它首先由F.Driggs在氢气氛中加热金属铀时合成,并且最初被指定为组合物UH4。之后,该组合物被确定为UH3(6):该相被称为β-UH3。当大块铀在较低温度下在氢气氛中加热时(7),出现亚稳态α-UH3相,并且在523K以上发生向β-UH3的转变.α-UH3的晶体结构是Cr3Si型(也称为A15或β-W);U原子具有二十面体配位并形成体心立方亚晶格。许多超导体属于Cr3Si结构类型(例如,Nb3Sn)。β-UH3的结构更复杂,并且基于在扭曲的四面体空隙中含有氢原子的β-W样铀亚晶格(8,9)。UH3是唯一已发现在环境条件下稳定的氢化铀[尽管有证据表明UH,UH2,UH4,UH3,U2H2和U2H4(10)的分离分子]。作为分子固体的氢在元素形式体积减小中具有大的原子体积,在压力下有利,可以通过化合物形成实现,并且人们期望在压力下形成多氢化物。另一个动机是,一些铀化合物被证明具有特殊的(以前不可思议的)超导性和铁磁性共存(11-13),而且(非磁性)多氢化合物是高温超导的主要候选者。

结果与讨论

为了预测UH系统在0,5,25,50,100,200,300,400和500GPa压力下的稳定相,我们使用通用结构预测器进行了可变组成进化结构/化合物搜索:进化Xtallography(USPEX)算法(14-16)。根据定义,热力学稳定相具有比相同组成的任何相或相组合更低的吉布斯自由能(或,在0K,更低的焓)。在不同压力下预测了稳定的化合物及其结构(图1),我们建立了组成-压力相图(图2),其显示了稳定性的压力范围(估计数值误差约为1到2GPa)找到所有阶段(对于选定压力下的凸壳图,见图S1)。如图2所示,我们的计算正确地再现了UH3两相的稳定性,并预测了12种新的稳定相,对应于14种新化合物(Cmcm-UH和P63/mmc-UH,Ibam-U2H3,Pbcm-UH2,C2/c)-U2H5,α-UH3和β-UH3,Immm-U3H10,P63mc-UH5,P63/mmc-UH6,-U2H13,P63/mmc-UH7,-UH8,-U2H17,P63/mmc-UH9和亚稳态-UH9)。关于预测相的晶体结构的详细信息可以在表S1和图2中找到。S2。声子计算证实,新预测的相位中没有一个在预测的热力学稳定性范围内具有假想的声子频率(参见声子色散曲线和补充材料中的状态密度)。唯一的铀氢化物相在零压力下保持稳定是β-UH3,它转变为高于5.5GPa的α相(图S3)。

(责任编辑:趣发彩票)

本文地址:http://www.028cts.com/meiti/zixun/201910/1122.html

上一篇:趣发彩票:刚果的埃博拉疫情还没有国际紧急情况 下一篇:紧张与疲累交织 叶筱筠在床上躺了一会儿就不知不觉陷入