Metal borohydrides as ambient-pressure high-Tcsuperconductors

兴奋剂 密度泛函理论 高压 超导电性 金属 材料科学 原子轨道 物理 凝聚态物理 热力学 电子 量子力学 冶金
作者
Simone Di Cataldo,Lilia Boeri
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:107 (6) 被引量:23
标识
DOI:10.1103/physrevb.107.l060501
摘要

The extreme pressures required to stabilize the recently discovered superhydrides represent a major obstacle to their practical application. In this paper, we propose a novel route to attain high-temperature superconductivity in hydrides at ambient pressure, by doping commercial metal borohydrides. Using first-principles calculations based on Density Functional Theory and Migdal-Eliashberg theory, we demonstrate that in Ca(BH$_4$)$_2$ a moderate hole doping of 0.03 holes per formula unit, obtained through a partial replacement of Ca with monovalent K, is sufficient to achieve $T_c$'s as high as 110 K. The high-$T_c$ arises because of the strong electron-phonon coupling between the B-H $\sigma$ molecular orbitals and bond-stretching phonons. Using a random sampling of large supercells to estimate the local effects of doping, we show that the required doping can be achieved without significant disruption of the electronic structure and at moderate energetic cost. Given the wide commercial availability of metal borohydrides, the ideas presented here can find prompt experimental confirmation. If successful, the synthesis of high-$T_c$ doped borohydrides will represent a formidable advancement towards technological exploitation of conventional superconductors.
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