Realizing high-Tc ambient-pressure superconductivity in hole-doped hydride Mg(BH4)2

超导电性 兴奋剂 材料科学 氢化物 费米面 凝聚态物理 环境压力 拓扑绝缘体 费米能级 拓扑(电路) 金属 电子 物理 热力学 量子力学 冶金 组合数学 数学
作者
Xiaohan Liu,Liying Zhang,Muyao Wang,Xiaowei Huang,Liangliang Liu,Yu Jia
出处
期刊:Materials Today Physics [Elsevier]
卷期号:40: 101299-101299 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.mtphys.2023.101299
摘要

Hydrogen-based superconductors provide a promising route to the long-sought goal of room-temperature superconductivity (SC), however, ultrahigh pressure required to maintain their structural stability hinders the experimental investigation and potential applications. Here, we propose a novel route to design high-Tc hydride superconductors at ambient pressure by hole doping into previously reported hydrogen storage material Mg(BH4)2. Based on the first-principles calculations, we found that with a moderate hole doping of 0.1 holes per formula unit, the insulator Mg(BH4)2 transforms into the metal accompanied by the emergency of large B–H σ electronic states at the Fermi level (EF), and thus strong electron-phonon coupling SC is obtained with Tc up to ∼ 100 K, and with further increase of hole-doped concentration, the Tc can be promoted to 140 K. Additionally, the topological analysis demonstrates that the hole-doped Mg(BH4)2 has symmetry-protected Dirac nodal lines around the EF, giving rise to the delicate surface states. These findings indicate that Mg(BH4)2 not only provides an ideal candidate to attain high-Tc SC by hole doping at ambient pressure, but also to explore more exotic physics for the coexistence of high-Tc SC and topology.
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