I diagrammi di fase ad alta pressione di PH3 a temperatura ambiente e bassa temperatura. Credito:©Science China Press
I superconduttori ad alta Tc sono diventati un argomento scottante in fisica da quando il mercurio superconduttore è stato segnalato per la prima volta più di un secolo fa. Si prevedeva che l'idrogeno denso si metallizzasse e diventasse un superconduttore ad alta pressione e temperatura ambiente. Però, non è stato ancora riportato alcun lavoro sperimentale ampiamente accettato. Nel 2004, Ashcroft ha previsto che gli idruri a dominanza di idrogeno potrebbero diventare un superconduttore ad alta Tc ad alta pressione, dovuto alla precompressione chimica. Dopo, Drozdov et al. osservato la transizione superconduttiva di H2S a 203 K e 155 GPa, che ha battuto il record di Tc più alto. Molto recentemente, È stato riportato che LaH6 mostra un comportamento superconduttore a ~ 260K. Motivato da questi sforzi, sono state riportate approfondite indagini sul sistema degli idruri.
PH3, un tipico idruro ricco di idrogeno, ha attirato un grande interesse di ricerca a causa della sua transizione superconduttiva ad alta pressione. Però, non sono state fornite informazioni strutturali, e l'origine della transizione superconduttiva rimane sconcertante. Sebbene una serie di lavori teorici suggerisca possibili strutture, la fase PH3 sotto compressione è rimasta sconosciuta e non sono stati riportati studi sperimentali rilevanti.
In un recente articolo di ricerca pubblicato su Rassegna scientifica nazionale , una collaborazione di scienziati ha presentato i propri risultati sugli studi delle evoluzioni stechiometriche del PH3 ad alta pressione. Hanno scoperto che il PH3 è stabile al di sotto di 11,7 GPa e quindi inizia a deidrogenarsi attraverso due processi di dimerizzazione a temperatura ambiente e pressioni fino a 25 GPa. Due idruri di fosforo risultanti, P2H4 e P4H6, sono stati verificati sperimentalmente e possono essere recuperati a pressione ambiente. Sotto ulteriore compressione sopra 35 GPa, il P4H6 si decompone direttamente in fosforo elementare. La bassa temperatura può ostacolare notevolmente la polimerizzazione/decomposizione ad alta pressione, e mantenere P4H6 fino ad almeno 205 GPa. "I nostri risultati hanno suggerito che P4H6 potrebbe essere responsabile della superconduttività ad alte pressioni, " ha detto il dottor Lin Wang, l'autore corrispondente dell'articolo.
Per determinare la possibile struttura di P4H6 ad alta pressione, sono state eseguite ricerche strutturali. I calcoli teorici hanno rivelato due strutture stabili con il gruppo spaziale Cmcm (sopra 182 GPa) e C2/m (oltre 182 GPa). I calcoli delle dispersioni fononiche delle due strutture non danno frequenze immaginarie. Perciò, ciò ne verifica la stabilità dinamica. La Tc superconduttiva della struttura C2/m a 200 GPa è stata stimata in 67 K. "Tutti questi risultati hanno confermato che P4H6 potrebbe essere il corrispondente superconduttore, che è utile per far luce sul meccanismo superconduttore." ha aggiunto il dott. Wang.