First-Principles Investigation of the Phase Diagram and Superconducting Properties of the Sc-Mg-H System under High Pressure

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作者
Zhenzhen Qin,Wenqing Zhang,Shichang Li,Ying Chang,Chunbao Feng,Bole Chen,Dengfeng Li
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [The Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5cp00992h
摘要

Superconductors, known for their zero electrical resistance and perfect diamagnetism, hold great promise for broad applications. In this study, we employed particle swarm optimization combined with first-principles calculations to predict the structures of Sc-Mg-H compounds under elevated pressure. Our approach identified four stable configurations within the pressure range of 30 to 250 GPa: ScMgH8-P4/mmm (stable from 30 to 250 GPa), ScMgH12-Cmmm (stable from 80 to 250 GPa), Sc2MgH18-P3̄m1 (stable from 110 to 250 GPa), and ScMg2H18-P3̄m1 (stable from 200 to 250 GPa). Through enthalpy calculations, we constructed the pressure-composition phase diagram of the Sc-Mg-H system and explored the stability and superconductivity of these compounds. The superconducting transition temperature (Tc) of Sc2MgH18 reaches 112 K at 150 GPa, ScMgH8 (at 80 GPa) and ScMgH12 (at 100 GPa) have Tc values of 56 K and 87 K, respectively. As the hydrogen content increases, ScMg2H18 requires the highest stabilizing pressure of 200 GPa and has a Tc of 98 K. These findings offer valuable insights for future high-temperature superconductor research and provide theoretical guidance for synthesizing novel materials with superior properties.

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