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Electron-phonon coupling superconductivity in two-dimensional orthorhombicMB6(M=Mg,Ca,Ti,Y)and hexagonalMB6(M=Mg,Ca,Sc,Ti)
Physical Review Materials ( IF 3.4 ) Pub Date : 2020-11-16 , DOI: 10.1103/physrevmaterials.4.114802 Tao Bo , Peng-Fei Liu , Luo Yan , Bao-Tian Wang
Physical Review Materials ( IF 3.4 ) Pub Date : 2020-11-16 , DOI: 10.1103/physrevmaterials.4.114802 Tao Bo , Peng-Fei Liu , Luo Yan , Bao-Tian Wang
Combining crystal structure search and first-principles calculations, we report a series of two-dimensional (2D) metal borides including orthorhombic (ort-) and hexagonal (hex-) . Then, we investigate their geometrical structures, bonding properties, electronic structures, mechanical properties, phonon dispersions, thermal stability, dynamic stability, charge density wave (CDW) phase transition, electron-phonon coupling (EPC), superconducting properties, and so on. Our ab initio molecular dynamics simulation results show that these can maintain their original configurations up to about 1000 or 700 K (only for hex-), indicating their excellent thermal stability. All their elastic constants satisfy the Born mechanically stable criteria and no imaginary frequencies are observed in their phonon dispersions. Interestingly, there may exist a CDW phase transition for ort- from type-I to type-II supercell structure and for ort- from type-I to type-III supercell structure. Besides, these 2D are all predicted to be intrinsic phonon-mediated superconductors. By analytically solving the McMillan-Allen-Dynes formula derived from the microscopic theory of Bardeen, Cooper, and Schrieffer, we obtain the superconducting transition temperature () for these materials, which are in the range of 1.4–22.6 K. Among our studied , the highest (22.6 K) appears in hex-, whose EPC constant is 0.87. By applying tensile/compressive strains on ort-/hex-, we find that the compressive strain can obviously soften the acoustic-phonon branch and enhance the EPC as well as . The of the hex- can be increased from 22.6 to 28.4 K under compressive strain of 3%. These findings enrich the database of 2D superconductors and should stimulate experimental synthesizing and characterizing of 2D superconducting metal borides.
中文翻译:
二维正交MB6(M = Mg,Ca,Ti,Y)和六角形MB6(M = Mg,Ca,Sc,Ti)中的电子-声子耦合超导
结合晶体结构搜索和第一性原理计算,我们报告了一系列二维(2D)金属硼化物,包括正交晶(ort-) 和六角形(十六进制) 。然后,我们研究了它们的几何结构,键合特性,电子结构,机械特性,声子色散,热稳定性,动态稳定性,电荷密度波(CDW)相变,电子-声子耦合(EPC),超导特性等。我们的从头算分子动力学模拟结果表明,这些 最多可以维持其原始配置约1000或700 K(仅适用于十六进制-),说明它们具有出色的热稳定性。它们的所有弹性常数都满足Born机械稳定标准,并且在其声子色散中未观察到虚数频率。有趣的是,对于ort- 从I型到II型 超级单元结构和 从I型到III型 超级单元结构。此外,这些2D都被认为是固有的声子介导的超导体。通过解析求解从Bardeen,Cooper和Schrieffer的微观理论得出的McMillan-Allen-Dynes公式,我们得出超导转变温度(),这些材料的范围在1.4–22.6 K之间。 最高 (22.6 K)以十六进制显示-,其EPC常数 是0.87。通过在ort / hex-上施加拉伸/压缩应变,我们发现压缩应变可以明显地软化声子的声子分支并增强EPC以及 。的 十六进制的在3%的压缩应变下可以从22.6 K增加到28.4K。这些发现丰富了二维超导体的数据库,并应促进二维超导金属硼化物的实验合成和表征。
更新日期:2020-11-16
中文翻译:
二维正交MB6(M = Mg,Ca,Ti,Y)和六角形MB6(M = Mg,Ca,Sc,Ti)中的电子-声子耦合超导
结合晶体结构搜索和第一性原理计算,我们报告了一系列二维(2D)金属硼化物,包括正交晶(ort-) 和六角形(十六进制) 。然后,我们研究了它们的几何结构,键合特性,电子结构,机械特性,声子色散,热稳定性,动态稳定性,电荷密度波(CDW)相变,电子-声子耦合(EPC),超导特性等。我们的从头算分子动力学模拟结果表明,这些 最多可以维持其原始配置约1000或700 K(仅适用于十六进制-),说明它们具有出色的热稳定性。它们的所有弹性常数都满足Born机械稳定标准,并且在其声子色散中未观察到虚数频率。有趣的是,对于ort- 从I型到II型 超级单元结构和 从I型到III型 超级单元结构。此外,这些2D都被认为是固有的声子介导的超导体。通过解析求解从Bardeen,Cooper和Schrieffer的微观理论得出的McMillan-Allen-Dynes公式,我们得出超导转变温度(),这些材料的范围在1.4–22.6 K之间。 最高 (22.6 K)以十六进制显示-,其EPC常数 是0.87。通过在ort / hex-上施加拉伸/压缩应变,我们发现压缩应变可以明显地软化声子的声子分支并增强EPC以及 。的 十六进制的在3%的压缩应变下可以从22.6 K增加到28.4K。这些发现丰富了二维超导体的数据库,并应促进二维超导金属硼化物的实验合成和表征。