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《物理评论快报》报道我校电子化合物超导体研究成果

本报讯(杨国春报道)寻找高温超导体一直是凝聚态物理领域的重点研究课题之一。最近,国际著名物理类期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)报道我校紫外光发射材料与技术教育部重点实验室在电子化合物超导体方向的突出工作。通过第一性原理的群体智能结构计算发现Li6P电子化合物,超导转变温度高达39.3 K,刷新了现有电子化合物的记录。间隙电子对Li6P超导性起到重要贡献。
  电子化合物(Electride)中部分电子聚集在晶格间隙,充当阴离子角色,这些间隙电子在很大程度上决定了化合物的物理性质。有趣的是,通过调节化学成分或者外部条件(如压力)可以有效地改变间隙电子的数量及分布。由于强电子局域,电子化合物通常为绝缘体。但最近实验发现了一个有代表性的电子化合物4+(e-)4具有超导性(超导转变温度为~0.4 K)。这一发现开创了超导体研究的一个新种类,为超导研究领域注入新的力量。
  碱金属和碱土金属在高压下容易失去s轨道电子,形成电子化合物。压力诱导单质锂可以得到金属性电子化合物。考虑到磷元素适中的电负性和超导电性,在富锂组分Li-P化合物中磷会捕获一部分电子,剩余电子可能存留在间隙中。由此,通过调控化合物中锂磷比例有望调节间隙电子形态,进而得到具有新奇电子性质的化合物。我们基于第一性原理的结构搜索技术,预言了具有磷超配位结构特点的Li6P电子化合物。过量的电子聚集在晶格间隙形成了哑铃状的电子态,充当阴离子的间隙电子与Li离子之间存在着强相互作用,从而增强了结构稳定性。同时,这些间隙电子与磷的核外电子彼此连接,形成连通的电子通道,对导电性起着关键作用,甚至形成了费米面嵌套。有趣的是,Li6P的超导转变温度高达39.3 K。此外,随着压力减小,间隙电子增多,费米面嵌套现象增强,声子软化增强,从而导致了超导转变温度升高。该研究为探索电子化合物的高温超导性开辟了新的思路。
  该论文被编辑遴选为“Editors' Suggestion”,在PRL的官网主页作为亮点进行宣传和推送。物理学院2016级硕士研究生赵梓媛和张守涛讲师为本论文的共同第一作者,物理学院杨国春教授和西班牙巴斯克大学AitorBergara教授为共同通讯作者,该工作得到国家自然科学基金的支持。


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