我院李达教授研究成果发表在《物理评论快报》

时间:2021-10-11    点击:

  近日,吉林大学唐敖庆讲座教授、宁波大学崔田教授和吉林大学李达教授等人,在高压电子化合物的超导电性研究方面取得突破性进展。研究成果以“Proposed superconducting electride Li6C by 𝑠𝑝-hybridized cage states at moderate pressures”为题,于2021年10月8日发表于 Physical Review Letters 127, 157002 (2021)杂志上。

  近年来,具有奇异结构和独特电子行为的高压电子化合物受到广泛关注。在高压电子化合物中电子寄居于由原子核所围成的间隙空间,形成具有阴离子特征的电子态“准原子”。强的电子局域化行为会导致高压电子化合物在压力作用下经历电子态维度的降低和金属-半导体的转变。然而,近期研究发现部分高压电子化合物具有金属性和反常的超导行为。到目前为止,高压电子化合物的超导相变机制仍然不清楚。厘清电子态“准原子”与高压电子化合物超导电性间的内在联系,对于理解高压电子化合物的超导电性至关重要。

图(a)Li6C电子局域函数;(b)Li6C超导转变温度随压力变化趋势;(c)“准原子”态电子在费米能级处比例随压力变化趋势。

  课题组结合化学元素的八隅体规则,针对低原子序数元素的碳、氮化合物体系设计了一套高效筛选电子化合物的新方法。结合第一性原理模拟及晶体结构预测方法,预测了一种新型的高超导转变温度的高压电子化合物Li6C。在100万大气压下,其超导转变温度可以达到10K,远高于之前报道的其他电子化合物的超导转变温度。该工作同时探究了高压电子化合物Li6C高超导转变温度的内在物理机制。发现作为客体存在的sp杂化电子态“准原子”与近邻的锂原子间呈现出反常的混合离子-共价键特征,对主体晶格起到明显的化学预压缩作用,有效地降低了晶格主体的稳定压力。原子间强耦合、费米面嵌套引起的声子软化以及与声子耦合的sp杂化态主体电子间的协同作用,导致Li6C具有较高的电声子相互作用,从而使得Li6C具有较高的超导转变温度。晶格主体sp杂化电子态对Li6C超导电性有重要贡献,电子态“准原子”的贡献较弱。该工作深入探究了高压下电子化合物的超导机制,为理解高压电子化合物的超导行为提供了新思路,具有重要的科学意义。

  本论文的第一作者为吉林大学刘召博士,通讯作者为吉林大学超硬材料国家重点实验室李达教授和吉林大学唐敖庆讲座教授、宁波大学崔田教授。该工作得到国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、吉林大学高性能计算中心的大力支持。

  论文全文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRev


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