Hydrogen-rich compounds are promising candidates for high temperature superconductors [Duan et al., Natl. Sci. Rev. 4, 121 (2017); Bi et al., arXiv:1806.00163 (2018); Pickard et al., Ann. Rev. Condens. Matter Phys. 11, 57 (2020); Flores-Livas et al., Phys. Rep. 856, 1 (2020)]. Combining first-principles calculation and the swarm intelligence-based structure search method, we investigated structures and superconductivity of molybdenum hydrides under high pressures. Four new phases have been predicted, namely, I4/mMoH4, I4/mmmMoH4, C2/mMoH6, and ImmmMoH6. The superconducting critical temperature of ImmmMoH6 under 300 GPa was predicted to be 80 K, which is the highest value among hydrides of group six elements in the periodic table. Intriguingly, the phase transition from I4/mmmMoH4 to I4/mMoH4 at 280 GPa is driven by the imaginary optical modes and the soft optical modes significantly enhance the superconducting critical temperature.

1.
D.
Duan
,
Y.
Liu
,
Y.
Ma
,
Z.
Shao
,
B.
Liu
, and
T.
Cui
,
Natl. Sci. Rev.
4
,
121
(
2017
).
2.
T.
Bi
,
N.
Zarifi
,
T.
Terpstra
, and
E.
Zurek
, arXiv:1806.00163 (2018).
3.
C. J.
Pickard
,
I.
Errea
, and
M. I.
Eremets
,
Ann. Rev. Condens. Matter Phys.
11
,
57
(
2020
).
4.
J. A.
Flores-Livas
,
L.
Boeri
,
A.
Sanna
,
G.
Profeta
,
R.
Arita
, and
M.
Eremets
,
Phys. Rep.
856
,
1
(
2020
).
5.
N. W.
Ashcroft
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
187002
(
2004
).
6.
H.
Wang
,
J. S.
Tse
,
K.
Tanaka
,
T.
Iitaka
, and
Y.
Ma
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
109
,
6463
(
2012
).
7.
D.
Duan
,
Y.
Liu
,
F.
Tian
,
D.
Li
,
X.
Huang
,
Z.
Zhao
,
H.
Yu
,
B.
Liu
,
W.
Tian
, and
T.
Cui
,
Sci. Rep.
4
,
6968
(
2014
).
8.
F.
Peng
,
Y.
Sun
,
C. J.
Pickard
,
R. J.
Needs
,
Q.
Wu
, and
Y.
Ma
,
Phys. Rev. Lett.
119
,
107001
(
2017
).
9.
H.
Liu
,
I. I.
Naumov
,
R.
Hoffmann
,
N. W.
Ashcroft
, and
R. J.
Hemley
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
114
,
6990
(
2017
).
10.
D. V.
Semenok
,
A. G.
Kvashnin
,
I. A.
Kruglov
, and
A. R.
Oganov
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
1920
(
2018
).
11.
A. P.
Drozdov
,
M. I.
Eremets
,
I. A.
Troyan
,
V.
Ksenofontov
, and
S. I.
Shylin
,
Nature
525
,
73
(
2015
).
12.
A. P.
Drozdov
,
P. P.
Kong
,
V. S.
Minkov
,
S. P.
Besedin
,
M. A.
Kuzovnikov
,
S.
Mozaffari
,
L.
Balicas
,
F. F.
Balakirev
,
D. E.
Graf
,
V. B.
Prakapenka
,
E.
Greenberg
,
D. A.
Knyazev
,
M.
Tkacz
, and
M. I.
Eremets
,
Nature
569
,
528
(
2019
).
13.
M.
Somayazulu
,
M.
Ahart
,
A. K.
Mishra
,
Z. M.
Geballe
,
M.
Baldini
,
Y.
Meng
,
V. V.
Struzhkin
, and
R. J.
Hemley
,
Phys. Rev. Lett.
122
,
027001
(
2019
).
14.
I. A.
Troyan
,
D. V.
Semenok
,
A. G.
Kvashnin
,
A. G.
Ivanova
,
V. B.
Prakapenka
,
E.
Greenberg
,
A. G.
Gavriliuk
,
I. S.
Lyubutin
,
V. V.
Struzhkin
, and
A. R.
Oganov
, arXiv:1908.01534 (2019).
15.
P. P.
Kong
,
V. S.
Minkov
,
M. A.
Kuzovnikov
,
S. P.
Besedin
,
A. P.
Drozdov
,
S.
Mozaffari
,
L.
Balicas
,
F.
Balakirev
,
V. B.
Prakapenka
,
E.
Greenberg
,
D. A.
Knyazev
, and
M. I.
Eremets
, arXiv:1909.10482 (2019).
16.
Y.
Ma
,
D.
Duan
,
Z.
Shao
,
H.
Yu
,
H.
Liu
,
F.
Tian
,
X.
Huang
,
D.
Li
,
B.
Liu
, and
T.
Cui
,
Phys. Rev. B
96
,
144518
(
2017
).
17.
S.
Zhang
,
L.
Zhu
,
H.
Liu
, and
G.
Yang
,
Inorg. Chem.
55
,
11434
(
2016
).
18.
D.
Meng
,
M.
Sakata
,
K.
Shimizu
,
Y.
Iijima
,
H.
Saitoh
,
T.
Sato
,
S.
Takagi
, and
S.
Ichi Orimo
,
Phys. Rev. B
99
,
024508
(
2019
).
19.
Y.
Sun
,
J.
Lv
,
Y.
Xie
,
H.
Liu
, and
Y.
Ma
,
Phys. Rev. Lett.
123
,
097001
(
2019
).
20.
S.
Yu
,
X.
Jia
,
G.
Frapper
,
D.
Li
,
A. R.
Oganov
,
Q.
Zeng
, and
L.
Zhang
,
Sci. Rep.
5
,
17764
(
2015
).
21.
S.
Zheng
,
S.
Zhang
,
Y.
Sun
,
J.
Zhang
,
J.
Lin
,
G.
Yang
, and
A.
Bergara
,
Front. Phys.
6
,
73
(
2018
).
22.
I. T.
Belash
,
V. E.
Antonov
, and
E. G.
Ponyatovskii
,
Dokl. Akad. Nauk SSSR
235
,
379
(
1977
).
23.
Y.
Fukai
and
M.
Mizutani
,
Mater. Trans.
44
,
1359
(
2003
).
24.
S. N.
Abramov
,
V. E.
Antonov
,
B. M.
Bulychev
,
V. K.
Fedotov
,
V. I.
Kulakov
,
D. V.
Matveev
,
I. A.
Sholin
, and
M.
Tkacz
,
J. Alloys Compd.
672
,
623
(
2016
).
25.
V. E.
Antonov
,
I. T.
Belash
,
O. V.
Zharikov
,
A. I.
Latynin
, and
A. V.
Pal’nichenko
,
Sov. Phys. Solid State
30
,
344
(
1988
).
26.
X.
Feng
,
J.
Zhang
,
H.
Liu
,
T.
Iitaka
,
K.
Yin
, and
H.
Wang
,
Solid State Commun.
239
,
14
(
2016
).
27.
M. A.
Kuzovnikov
,
H.
Meng
, and
M.
Tkacz
,
J. Alloys Compd.
694
,
51
(
2017
).
28.
Y.
Wang
,
J.
Lv
,
L.
Zhu
, and
Y.
Ma
,
Phys. Rev. B
82
,
094116
(
2010
).
29.
Y.
Wang
,
J.
Lv
,
L.
Zhu
, and
Y.
Ma
,
Comput. Phys. Commun.
183
,
2063
(
2012
).
30.
J.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
31.
G.
Kresse
and
J.
Furthmuller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
32.
P. E.
Blochl
,
Phys. Rev. B
50
,
17953
(
1994
).
33.
A.
Togo
,
F.
Oba
, and
I.
Tanaka
,
Phys. Rev. B
78
,
134106
(
2008
).
34.
P.
Giannozzi
,
S.
Baroni
,
N.
Bonini
,
M.
Calandra
,
R.
Car
,
C.
Cavazzoni
,
D.
Ceresoli
,
G. L.
Chiarotti
,
M.
Cococcioni
, and
I.
Dabo
,
J. Phys. Condens. Matter
21
,
395502
(
2009
).
35.
C. J.
Pickard
and
R. J.
Needs
,
Nat. Phys.
3
,
473
(
2007
).
36.
J.
Binns
,
Y.
He
,
M.-E.
Donnelly
,
M.
Pena-Alvarez
,
M.
Wang
,
D. Y.
Kim
,
E.
Gregoryanz
,
P.
Dalladay-Simpson
, and
R. T.
Howie
,
J. Phys. Chem. Lett.
11
,
3390
(
2020
).
37.
G.
Liu
,
S.
Besedin
,
A.
Irodova
,
H.
Liu
,
G.
Gao
,
M.
Eremets
,
X.
Wang
, and
Y.
Ma
,
Phys. Rev. B
95
,
104110
(
2017
).
38.
J.
Ying
,
X.
Li
,
E.
Greenberg
,
V. B.
Prakapenka
,
H.
Liu
, and
V. V.
Struzhkin
,
Phys. Rev. B
99
,
224504
(
2019
).
39.
V. K.
Fedotov
,
V. E.
Antonov
,
I. O.
Bashkin
,
T.
Hansen
, and
I.
Natkaniec
,
J. Phys. Condens. Matter
18
,
1593
(
2006
).
40.
M. A.
Kuzovnikov
and
M.
Tkacz
,
J. Phys. Chem. C
123
,
30059
(
2019
).
41.
S. M.
Dorfman
,
V. B.
Prakapenka
,
Y.
Meng
, and
T. S.
Duffy
,
J. Geophys. Res.
117
,
B08210
, (
2012
).
42.
B.
Dorner
,
I. T.
Belash
,
E. L.
Bokhenkov
,
E. G.
Ponyatovsky
,
V. E.
Antonov
, and
L. N.
Pronina
,
Solid State Commun.
69
,
121
(
1989
).
43.
N. W.
Ashcroft
,
Phys. Rev. Lett.
21
,
1748
(
1968
).
44.
W.
McMillan
,
Phys. Rev.
167
,
331
(
1968
).
45.
P. B.
Allen
and
R. C.
Dynes
,
Phys. Rev. B
12
,
905
(
1975
).
46.
I.
Errea
,
M.
Calandra
,
C. J.
Pickard
,
J. R.
Nelson
,
R. J.
Needs
,
Y.
Li
,
H.
Liu
,
Y.
Zhang
,
Y.
Ma
, and
F.
Mauri
,
Nature
532
,
81
(
2016
).
47.
I.
Errea
,
F.
Belli
,
L.
Monacell
,
A.
Sanna
,
T.
Koretsune
,
T.
Tadano
,
R.
Bianco
,
M.
Calandra
,
R.
Arita
,
F.
Mauri
, and
J. A.
Flores-Livas
,
Nature
578
,
66
(
2020
).
You do not currently have access to this content.