(纯计算)大连理工大学蒋雪团队Adv. Funct. Mater.: 锂掺杂石墨烯的超导极限

学术   2024-11-11 08:16   广东  
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2024年5月14日,Adv. Funct. Mater.在线发表了大连理工大学蒋雪教授课题组的研究论文,题目为《Probing the Superconductivity Limit of Li-Doped Graphene》。


对于金属插层石墨烯,对K插层双层石墨烯进行了实验研究,得到的Tc为3.6 K。此外,理论上提出Ca插层双层石墨烯(C6CaC6)的Tc为6.8-8.1 K,这与C6CaC6超导性(Tc = 4 K)的实验证据非常吻合。最近,预测Ca浓度较高Ca插层石墨烯C2CaC2Tc为18 K。相比之下,KC8、LiC6、CaC6、YbC6、SrC6和BaC6中也报道了体相石墨插层化合物的超导性,Tc值分别为0.39、0.9、6.5、11.5、1.65和0.065 K。

上述所有石墨烯超晶格结构都是超导体,它们的超导临界温度强烈取决于插层/沉积浓度和层厚度。为了统一理解这些石墨烯吸附原子和插层超晶格中的超导机制,并进一步确定超导极限,需要增加已知的具有宽化学计量比的金属掺杂石墨烯超导体的数量。

在此研究中,作者报道了一种开发一系列锂掺杂石墨烯的超晶格策略:沉积I(Li2C6、Li2C8、LiC6、Li3C24、LiC12、LiC16、Li2C36、LiC24),插层II(LiC4、Li2C12、LiC8、LiC12和LiC16),以及共存沉积和插层III(Li3C12随着Li原子浓度的增加,金属性和电子-声子耦合(EPC)都急剧增加,这有利于筛选的Li-C化合物中出现超导性。值得注意的是,插层Li2原子的石墨烯超晶格结构具有更高的稳定性,而以相同浓度沉积的Li1石墨烯产生更高的Tc

其中,I-Li2C6、I-Li2C8、II-LiC4和III-Li3C12是声子介导的超导体,其Tc分别为18、12、3.4和14 KI-Li2C6、I-Li2C8和III-Li3C12的EPC主要来自C-2pz电子态与低频(0-800 cm−1)沉积Lixy/Liz以及面外Cz振动的耦合相反,面内Cxy原子的高频(800-1600 cm−1)振动模式主要负责II-LiC4的Tc。这些发现为锂掺杂石墨烯的超导极限提供了全面的见解。


图1 Li-C单层的俯视图和侧视图


图2 (a) 相对于单质锂和石墨烯单层,不同Li-C单层的相对热力学稳定性;(b) 不同Li-C单层中每个C原子的平均Bader电荷;(c) Li-C单层的Tc值和累积λ


图3 (a, d, g, j) 投影能带结构和投影态密度;(b, e, h, k) 对应的费米面;(c, f, i, l)费米面嵌套函数


图4 由Li、C原子运动模式加权的声子色散、声子态密度、由EPC λq,v加权的声子色散、Eliashberg谱函数和频率依赖的EPC参数λ


论文链接
Yang, Q., Zhang, H., Zhao, J. et al. Probing the Superconductivity Limit of Li-Doped Graphene. Adv. Funct. Mater., 2024, 34, 2406023. https://doi.org/10.1002/adfm.202406023

【其他相关文献】

[1] Profeta, G., Calandra, M. & Mauri, F. Phonon-mediated superconductivity in graphene by lithium deposition. Nat. Phys., 2012, 8, 131–134. https://doi.org/10.1038/nphys2181
[2] Yang, SL., Sobota, J., Howard, C. et al. Superconducting graphene sheets in CaC6 enabled by phonon-mediated interband interactions. Nat. Commun., 2014, 5, 3493. https://doi.org/10.1038/ncomms4493

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