Synthesis of new nickel hydrides at high pressure

材料科学 单斜晶系 高压 金刚石顶砧 冶金 结晶学 相(物质) 晶体结构 热力学 物理 化学 量子力学
作者
Jianjun Ying,Hanyu Liu,Eran Greenberg,Vitali B. Prakapenka,Viktor V. Struzhkin
出处
期刊:Physical Review Materials [American Physical Society]
卷期号:2 (8) 被引量:15
标识
DOI:10.1103/physrevmaterials.2.085409
摘要

We predict two new nickel hydrides, $\mathrm{N}{\mathrm{i}}_{2}{\mathrm{H}}_{3}$ ($C2/m$) and $\mathrm{Ni}{\mathrm{H}}_{2}$ ($I4/mmm$), to be thermodynamically stable at 60 GPa by DFT calculations. The calculated structure of $\mathrm{Ni}{\mathrm{H}}_{2}$ is similar to the one observed earlier for $\mathrm{Fe}{\mathrm{H}}_{2}$. However, to the best of our knowledge, the monoclinic structure predicted for $\mathrm{N}{\mathrm{i}}_{2}{\mathrm{H}}_{3}$ was never reported in the other hydrides. We successfully synthesized the monoclinic $\mathrm{N}{\mathrm{i}}_{2}{\mathrm{H}}_{3}$ phase using a laser-heating technique in a diamond anvil cell at pressures around 60 GPa. The $\mathrm{N}{\mathrm{i}}_{2}{\mathrm{H}}_{3}$ phase can be retained down to 17 GPa, and DFT calculations predict it to be nonmagnetic and nonsuperconducting. However, we did not find in our experiments the theoretically predicted $\mathrm{Ni}{\mathrm{H}}_{2}$ phase. Higher pressures and/or different synthesis conditions might be needed to synthesize this and other polyhydrides of nickel. Our results show that the Ni-H system behaves differently in comparison to the Fe-H system: Ni extends its own chemical identity to pressures as high as 60--80 GPa. This finding may have significant implications for the high-pressure behavior of Fe-Ni alloys at the high-pressure conditions relevant for the Earth and planetary sciences.
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