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分享一篇 Phys. Rev. B：Na-C 二元化合物的结构预测与超导电性研究的文章。
感谢论文的原作者！
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主要内容
“最近对中等压力下Na-C二元化合物的从头算研究发现了一种可能的稳定的NaC4超导体，其临界温度估计可达41 K。我们重新审视这个有前途的二元系统进行更集中的探索钠插层石墨配置，评估其热力学稳定性的灵敏度，密度泛函近似在不同的（T，P）条件下，并检查其超导性能与Migdal-Eliashberg。可能的Na排列的组合筛选揭示了另外的稳定化学计量，即，Na3C10、NaC8、NaC10和NaC12，它们重新定义了先前提出的压力高达10 GPa的凸胞图。具有不同德瓦耳斯泛函的形成过程的评估表明，所提出的化合物在零温度下可能不是热稳定的，但是如果石墨用作起始材料，它们中的一些可以由于振动熵而稳定或通过冷压缩形成。我们对NaC 4中的电子-声子耦合进行了更严格的建模，证实了该材料具有高温超导性的潜力，临界温度在10 GPa时达到48 K，并揭示了电子掺杂化合物不寻常的明确的双间隙结构。通过跟踪嵌入近自由电子态相对于可行的钠-碳化合物的费米能级的位置，我们绘制出的压力和组成的范围内所需的强电子-声子耦合，并确定Na 3C10作为一个同样有前途的超导体。”——取自文章摘要。===============================
研究背景
“碳基材料为在环境压力和低压下寻求稳定的超导体提供了丰富的运动场。特别是石墨插层化合物（GIC），自20世纪60年代中期以来，当在插入碱金属的石墨中发现低于1 K的超导性（AC 8，A = K，Rb和Cs）时，已经知道超导。从那时起，已经做出了相当大的努力，以发现在高温下GIC中的超导性，并且研究一直集中在通过改变化学计量和嵌入剂类型来增加从嵌入剂原子到宿主石墨烯片的电荷转移。迄今为止，临界温度（Tc）值为6.5 K和11.5 K的YbC 6和CaC 6是环境条件下该类中温度最高的超导体。超导电性也可以通过施加外部压力来诱导或增强。例如，LiC2和NaC2成为超导体，在3.3 GPa时Tc = 1.9 K ，在3.5 GPa时Tc = 5.0 K，而CaC6在7.5 GPa时达到最大值15.1 K。 我们目前的研究重新审视了Na-C候选材料在高达10 GPa的压力下的稳定性和超导性。即使使用最先进的结构优化方法，也很难找到化学稳定的化合物，这促使了对巨大构型空间的进一步探索。例如，我们不受约束的进化搜索产生了许多新的复杂晶体结构，这些结构要么已被实验证实，要么启发了基于所确定的有利基序创造更稳定的衍生物。在层状金属硼碳化物的最新研究中，我们通过系统筛选理想或改性蜂窝框架内的可能金属装饰物来产生可行的四元相。在本工作中，这一战略的应用Na-C导致了以前提出的基态。在10 GPa下更新的集合包含大尺寸的oP 104-Na3C10、oP18-NaC8、oS44-NaC10和hP13-NaC12相，这些相使mP12-NaC 2亚稳和oS20-NaC4稳定。”——取自文章引言。===============================
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图1. 选择在先前（a）、（c）和当前（B）、（d）、（e）-（g）从头算研究中发现可行的高压Na-C相。顶视图和侧视图显示了插入C蜂窝层（黑色小球）之间的Na（黄色大球）的相应分布。使用VESTA 生成这些图。
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图2. 用（a）optB 88-vdW泛函或（B）optB 86 b-vdW泛函计算了10 GPa下Na-C相的稳定性。全局（局部）凸包用实线（虚线）表示。分别以蓝色和灰色示出了具有和不具有零点能（ZPE）的形成焓。
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图3. 用optB86b-vdW函数计算Na1−xCx化合物的稳定性和电子性质。(a)在2-10 GPa下bcc-Na和石墨的凸胞图。(b) Na-C稳定相的稳定范围。阴影区域标记（x， P）相空间，其中Na-C材料预计不会具有对超导性重要的电子掺杂Na-s态。(c) oP104-Na3C10的态密度。红色虚线表示Na-s状态的底部。(d)在2−10 GPa时插入Na-C化合物的Na-s带边缘位置。红色虚线表示Na-s波段边缘在10 GPa时预计与EF对齐的近似成分。
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图4. 沿着剪切碳层的光学声子模式特征向量在10GPa下的焓变。对于每个位移值d，相邻的C层沿着C-C键向相反方向移动，每层固定一个C原子，其他所有结构参数都得到充分优化。相应的对称变化为P63/mmc→Cmcm（石墨）、Cmcm→Pca21 （oS20-NaC4）、P212121→P21 （oP104-Na3C10）、Cmcm→P2 （oS52-Na3C10）。
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图5. (a) mP12-NaC2, (b) oS52 (Cmcm)-Na3C10, (c) oS52 (C2221)-Na3C10, (d) oS20-NaC4, (e) mP20-NaC4, (f) oP18-NaC8, (g) oS44-NaC10, (h) hP13-NaC12的电子能带结构和态密度（DOS）。
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图6. 利用Quantum ESPRESSO计算了10 GPa下(a) mP12-NaC2、(b) oS52 (Cmcm)-Na3C10、(c) oS52 (C2221)-Na3C10、(d) oS20-NaC4、(e) mP20-NaC4、(f) oP18-NaC8、(g) oS44-NaC10和(h) hP13-NaC12的声子色散、声子态密度（PhDOS）、Eliashberg谱函数α2F（ω）和电子-声子耦合强度λQE。忽略虚声子频率，估计了Na3C10结构的α2F（ω）和λQE。
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图7. 当μ∗= 0.1和0.2时，采用FSR（灰色）、FBW（蓝色）和FBW+μ（红色）方法获得了oS20-NaC4在10 GPa下的超导性能。(a)各向同性超导隙与温度的关系。(b)和(c)各向异性超导间隙k随温度的能量分布。(b)和(c)中的黑色虚线代表了眼睛的向导，突出了两个超导间隙分布。
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图9. (a)费米能级附近−0.2 ~ 0.1 eV能量范围内的总DOS；(b) 10 GPa下oS20-NaC4的超导临界温度Tc随费米能级位移εF的函数关系，由AD公式、ML模型和FSR和FBW方法中各向同性和各向异性ME方程得到，εF为μ∗= 0.1。================================
主要结论
“通过系统筛选，我们确定了新的稳定的化学计量，Na3C10,NaC8， NaC10和NaC12，重新定义了先前建立的高达10 GPa的凸胞图。虽然有些化合物在零温度下可能缺乏稳定性，但它们可能是高温基态或通过石墨的冷压缩形成。我们对插层化合物中对超导性很重要的近自由电子态的分析将有希望的候选者缩小到两个。其中一种是Hao等人先前提出的，在各向异性migdahl -Eliashberg理论中重新分析了NaC4，并预测其Tc为48 K，比先前的各向同性Eliashberg估计高24%。另一种化合物Na3C10在本研究中引入，似乎容易发生层间位移，并可能形成畴壁以达到动态稳定。根据我们的估计，它的Tc至少应该与NaC4在10 GPa时的Tc相当。从头算结果表明，Na-C体系可能为电子掺杂材料提供具有意外高Tc的可行化合物。”——取自文章结论。================================
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文章题目：
Stability-superconductivity map for compressed Na-intercalated graphite
文章链接：
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.110.174508
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