Superionicity of Hδ− in LaH10 superhydride

氢化物 物理 离子键合 结晶学 材料科学 离子 化学 量子力学
作者
Maélie Caussé,Grégory Geneste,Paul Loubeyre
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (6) 被引量:14
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.l060301
摘要

Recent computational studies have successfully predicted the dramatic uptake of hydrogen by metals under pressure leading to the formation of superhydrides, now ubiquitously observed. ${\mathrm{LaH}}_{10}$ exemplifies the properties of these novel H-rich compounds, some of which form a novel class of superconducting materials. We show here another remarkable property for superhydrides, namely, ${\text{H}}^{\ensuremath{\delta}\ensuremath{-}}$ superionicity. By means of ab initio molecular dynamics simulations in ${\mathrm{LaH}}_{10}$, an exceptionally high hydride $({\mathrm{H}}^{\ensuremath{\delta}\ensuremath{-}})$ diffusion coefficient is calculated at high temperature, with $D=1.7\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{\ensuremath{-}4}\phantom{\rule{0.28em}{0ex}}\mathrm{cm} {}^{2}$/s at 170 GPa and 1500 K, corresponding to an ionic conductivity of $\ensuremath{\sigma}=0.9\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}{(\mathrm{\ensuremath{\Omega}}\phantom{\rule{0.16em}{0ex}}\mathrm{cm})}^{\ensuremath{-}1}$ and so indicating a superionic phase. The superionic phase is surprisingly stable up to 2500 K and its melting temperature is remarkably high, similar to that of pure La. The connected path for the hydride ionic diffusion is disclosed, with the H sublattice keeping its clathrate structure. The conductivity properties of ${\mathrm{LaH}}_{10}$ are discussed in relation to the recently discovered family of compounds showing fast pure hydride ions transport.

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