A first-principles study of the structural and electronic properties of tungsten hydrides under high pressure

Abstract

In recent years, hydrogen compounds appeal a lot of attention due to their superconductivity properties at high pressure. However, high pressure is an extreme condition that hard to is achieved in the application. The transition metal hydrogen and lanthanide hydrides compound because has a lower synthesis pressure due to the various d and f electron configurations provide a clue to investigate the low-pressure superconductor. Our research is based on the results of one experiment group, they found one new phase of tungsten hydrogen at 17.5 GPa. Based on the density function theory, we check the new phase of tungsten hydrogen is WH with Fm-3m or WH2 with Fm-3m, they are different from previous finds P63/mmc WH and Pnma WH2. For WH, the W atom occupied the FCC position, and the H atom occupied the octahedron position. For WH2, the W atom occupied by the FCC position, and the H atom occupied the tetrahedra position. We calculated the Tc values of Fm-3m WH and WH2, which are 21.97 K(u*=0.1) and 19.71 K(u*=0.1) at 17.5 GPa, respectively. However, the Tc values of P63/mmc WH and Pnma WH2 are 4.2 K(u*=0.1) and 1.5 K(u*=0.1) at 300 GPa. These results indicated the tungsten hydrogen compounds maybe give a high Tc at low pressure. Our findings give a clue to form the tungsten-based polyhydrides and investigate the enhanced transition temperature of superconductor at relatively low pressure.|최근 수소화합물은 고압에서의 초전도 특성으로 인해 많은 관심을 끌고 있다. 그러나 고압은 적용시 달성하기 어려운 극한 조건이다. 전이금속 수소화합물은 다양한 전자구성으로 인해 합성압력이 낮기 때문에 저압에서 초전도 연구에게 단서를 제공한다. 우리의 연구는 한 실험 그룹의 결과를 기초로 진행하였다. 그들은 텅스텐 수소의 한 새로운 위상을 17.5 GPa에서 발견했다. 밀도 함수 이론을 기초하여, 텅스텐 수소의 새로운 위상이 Fm3m인 WH 또는 Fm-3m인 WH2인 것을 확인하며, 그것들은 이전의 발견된 P63/mmc WH와 Pnma WH2와는 다르다. WH의 경우 W 원자는 FCC 위치를 차지했고, H원자는 사면체 위치를 차지했다. 17.5 GPa에서 Fm-3m WH와 WH2의 Tc치를 계산하여 각각 21.97 K(u*=0.1)와 19.71 K(u*=0.1)를 구한다. 300 GPa에서는 P63/mmc WH와 Pnma WH2의 Tc치가 각각 4.2 K(u*=0.1) 및 1.5 K(u*=0.1)이다. 이러한 결과는 텅스텐 수소 화합물이 낮은 압력에서 높은 Tc를 제공할 수 있다는 것을 나타내었으며, 우리의 연구 결과는 낮은 압력에서 긍가린 초전도체를 합싱할수 수 있는 단서를 제공한다.