発表者

北垣　将臣（清水研）

指導教員

清水　克哉

Title

Direct synthesis of high-T_c superconductive sulfur hydrides under high pressure

Abstract

Hydrogen dominant materials were predicted to become high-T_c superconductors [1]. Also experimentally sulfur hydride demonstrated superconductivity with a T_c of 203 K at 150 GPa [2]. This is the highest-T_c superconductor observed experimentally so far. As theoretically predicted [3], the structure of superconductive sulfur hydride was found to be cubic H₃S through X-ray diffraction measurements by our group [3]. We also claimed that H₃S is formed by 3H₂S → 2H₃S + S. In this case, pure H₃S wasn’t obtained because of excess sulfur. To obtain pure H₃S, direct synthesis from elemental sulfur and hydrogen under high pressure and high temperature was performed recently by several groups [5][6]. I will talk about the possibility of realizing high-T_c superconductors with hydrogen dominant metals and the direct synthesis method to obtain high-crystalline samples.

タイトル

直接合成手法を用いた高温高圧力下での硫黄水素化物高温超伝導体の合成

概要

水素を多く含む金属水素化物が高い超伝導転移温度（T_c）を示すということが理論的に予測された[1]。また実験的には、硫化水素が150 GPaの高圧下において、203 Kの高いT_cを示す実験結果が報告された[2]。これは現在確認されている中で最も高いTcをもつ超伝導体である。理論計算[3]と我々のグループのX線回折実験[4]により、硫化水素の超伝導相はH₂Sが高圧において分子解離して得られた立方晶H₃Sであることが示された（3H₂S → 2H₃S + S）。しかしH₂Sを出発物質とした合成手法では、余剰なSを含んだH₃Sしか得られない。この問題を解決するために、単体のH₂とSからH₃Sを高温高圧力下で直接合成する実験（direct synthesis）が行われた[5][6]。

References

1. N.W. Ashcroft, Phys. Rev. Lett. 92, 187002 (2004).
2. A.P. Drozdov, M.I. Eremets, I.A. Troyan, V. Ksenofontov, and S.I. Shylin, Nature 525, 73 (2015).
3. D. Duan, Y. Liu, F. Tian, D. Li, X. Huang, Z. Zhao, H. Yu, B. Liu, W. Tian, and T. Cui, Sci. Rep. 4, 30 (2014).
4. M. Einaga, M. Sakata, T. Ishikawa, K. Shimizu, M. Eremets, A. Drozdov, I. Troyan, N. Hirao, and Y. Ohishi, Nature Phys. 12, 835-838 (2015).
5. B. Guigue, A. Marizy, and P. Loubeyre, Phys. Rev. B 95, 1 (2017).
6. A.F. Goncharov, S.S. Lobanov, V.B. Prakapenka, and E. Greenberg, Phys. Rev. B 95, 1 (2017).

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