![]()
================================
分享一篇 Phys. Rev. B：常压下金属掺杂BN化合物的超导电性的文章。
感谢论文的原作者！
================================
主要内容
“LaH10超导体因其近室温的超导转变温度而备受关注，但其超导性能的研究却很少。然而，LaH 10需要极高的压力（约200 GPa）来保持其稳定性，从而限制了其工业应用的潜力。在此，我们在常压下对类LaH10硼氮笼形物超导体进行了高通量的结构研究。计算结果表明，主族和过渡族金属掺杂的硼氮笼合物的稳定性受客体金属的价电子和原子半径的影响，且硼氮笼更适合于容纳小尺寸的客体金属.客体金属将电荷转移到硼氮笼状骨架上，形成较强的阴离子相互作用，而B和N之间形成的强极性共价键增强了硼氮笼合物的结构稳定性。发现了四种稳定的M（BN）5（M = Na，Al，In，Tl）超导体，其Tc值分别为8，22，15，15 K。研究结果表明，p区金属的p轨道以及B和N原子的p轨道在费米能级上具有较高的占据率，增加了费米面的电子态密度，促进了电子-声子耦合，增强了超导电性.本研究结果丰富了硼氮基超导体的数据库，为常压下高温超导体的设计和合成提供了一条有前景的途径。”——取自文章摘要。===============================
研究背景
“自从发现汞的超导性[1]以来，科学家们为了追求室温超导体，对各种材料进行了广泛的探索，旨在扩大其应用范围。最初，在对金属元素和合金的探索中，发现Nb3Ge合金具有最高的超导转变温度Tc，为23.5K。在相当长的一段时间里，人们一直认为Tc不能超过30K，直到Bednorz和Müller 发现了LaBaCuO氧化铜陶瓷材料[5]。LaBaCuO超导体的Tc值为35 K。在接下来的几年中，Tc值的记录继续上升，在1993年HgBa 2Ca 2Cu 3 Ox超导体中达到135 K [6]。铁基超导体是另一类重要的超导材料，在衬底上生长的单原子层FeSe薄膜[7]达到液氮温度范围。但是，铜基和铁基超导体的力学性能较差，其超导性的微观机理尚不清楚，限制了其进一步的发展。在传统的超导体中，Bardeen-Cooper-Schrieffer（BCS）理论是第一个阐明超导性微观机制的理论。例如，在BCS理论框架内，发现MgB 2在环境压力下具有39 K的高Tc，这与实验测量结果[8，9]非常一致。因此，在BCS理论框架下探索室温和常压超导成为凝聚态物理研究的热点领域。
在这项工作中，我们进行系统的高通量结构搜索LaH 10类硼氮笼形超导体在环境压力下的第一性原理计算。我们用B和N元素替代LaH 10晶格笼状几何结构中的H原子，然后计算了48种金属，包括所有主族金属和过渡金属，分子式为M（BN）5（M =主族金属和过渡金属）的掺杂硼氮包合物。我们的计算表明，这些金属掺杂的B-N笼状结构中有29种是不稳定的（蓝色填充），而19种是动态稳定的（绿色和粉红色填充），如图1所示。在稳定的结构中，仅M（BN）5（M = Na、Al、In、Tl）实现金属化（粉色填充）。声子谱示于图1A和1B中。补充材料[43]的S11-S13。M（BN）_5（M = Be，Mg）为半导体结构，其余为非金属结构。”——取自文章引言。===============================
![]()
===============================
![]()
图1所示。M(BN)5 （M =金属）化合物的周期表。粉色填充为金属化结构，绿色填充为未金属化结构，蓝色填充为不稳定结构，白色填充为未计算结构。
![]()
图2所示。(a) Al(BN)5的晶体结构，(b) F43m Al(BN)5的b - n键的键长。(c)等值面值为0.6的ELF和(d)（110）面的ELF。ELF分析可以用来区分不同类型的化学键。通常共价键、孤电子对和核心电子用大值（>0.5）表示，小值（<0.5）对应离子键。ELF值为0.5表示金属成键。(e) Al(BN)5的d1， d2， d3键的负投影晶体轨道哈密顿族（- pCOHP）。
![]()
图3所示。M(BN)5 （M = Mg, Al, La）化合物在环境压力下的投射能带和相应的pdo。(a) Mg(BN)5,(b) Al(BN)5, (c)La(BN)5。圆圈的大小表示M、B和N原子的贡献大小。费米能级用灰色水平虚线表示。
![]()
![]()
图5所示。(a)计算声子谱、元素上投影的PhDOS、al (BN)5的Eliashberg谱函数α2F（ω）和EPC积分λ(ω)。(b)粉色点、绿色点、灰色点对应的振动模式（vm）。================================主要结论
“总之，我们通过用sp3杂化BN取代氢原子，用主族和过渡金属取代镧原子，在环境压力下对类lah10硼氮包合物超导体进行了高通量结构搜索。计算结果表明，硼氮包合物超导体的稳定性受价电子和客体金属原子半径的影响。四种M(BN)5 （M = Na, Al, In, Tl）超导体在环境压力下是稳定的。p嵌段金属的p轨道和B、N原子的p轨道在费米能级附近表现出高占位率，增强了电子-声子耦合相互作用和超导性。然而，用较重的La原子掺杂（BN）5笼状结构会导致更大的电子-声子耦合常数λ。这表明在M(BN)5体系中，具有高能量轨道的金属原子在增加费米能级的电子密度方面更有效。M(BN)5 （M = Na,Al, In,Tl）超导体的模拟Tc值分别为8、22、15和15 K。这些发现扩大了常规超导体在环境压力下的数据库，并为降低高温超导体的合成压力提供了一条有希望的途径。”——取自文章结论。================================
![]()
以上是我们分享的一些经验或者文章的搬运，或有不足，欢迎大家指出。若留言未回复，重要的消息可以留言再提醒一下。
如有侵权，请联系我们立马删除！
👇
文章题目：
Superconductivity of metal doped-boron-nitrogen clathrates under ambient pressure
文章链接：
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.110.174514
👇
