铋氢化物的高压结构与超导性

我们基于进化算法和粒子群优化算法系统地搜索了铋氢化物的基态结构。在仅考虑富氢区域的情况下，除 BiH$_{3}$ 外，其他氢化物（BiH、BiH$_{2}$、BiH$_{4}$、BiH$_{5}$、BiH$_{6}$）在加压条件下被预测为稳定结构。随着氢含量的增加，氢在铋氢化物中以不同形式存在，并表现出离子性特征。在高压下，显著的结构特征是 BiH$_{2}$、BiH$_{4}$ 和 BiH$_{6}$ 中 H$_{2}$ 基元的出现，而 BiH$_{6}$ 采用了由 H$_{2}$ 和线性 H$_{3}$ 基元插入的惊人层状结构。进一步的计算表明，这些能量上稳定的氢化物是良好的金属，由于掺杂杂质的存在，其金属化压力低于纯固体氢。利用 Allen-Dynes 修正 McMillan 方程计算得到的 $T_{c}$ 在 20-119 K 范围内，这表明所有这些稳定氢化物都是潜在的高温超导体。值得注意的是，起主导作用的超导机制是 H-Bi-H 和 Bi 原子的振动，而非高频的 H$_{2}$ 或 H$_{3}$ 基元。此外，氢含量对超导转变温度有显著影响。