Superconductivity induced by ionized σ-bond at 10 GPa

材料科学 超导电性 电离 债券 凝聚态物理 结晶学 工程物理 离子 业务 物理 量子力学 化学 财务
作者
Defang Duan,Yanhui Liu,Zhao Liu,Tian Cui
出处
期刊:Materials Today Physics [Elsevier BV]
卷期号:43: 101403-101403
标识
DOI:10.1016/j.mtphys.2024.101403
摘要

Discovering high-temperature superconductors under low pressures and elucidating the underlying critical factors governing superconductivity are central issues in condensed matter physics. Here, we developed a strategy for the metallization of σ-bonds through incorporating NH3-units into the filled f-shell Lu-lattice and obtained a Luδ+ (NH3)4σ− hydride to investigate the potential high-temperature superconductivity. Based on the density-functional theory calculations, our proposed I-43m-Luδ+ (NH3)4σ− phase exhibits a Tc of 33.44 K at 10 GPa. Further analyses unveil that the Tc is attributed to strong electron-phonon coupling (EPC), which originated from the electron-phonon matrix element primarily driven by H–N–H bending and twisting vibrations, and Fermi surface nesting induced softening of optical phonons to scatter itinerant electrons on phonon-coupling bands to form Cooper pairs. Importantly, the emergence of phonon-coupling bands is mainly dependent on the ionization of sp3-hybridized σ-bonds within NH3, resulting in the manifestation of metallicity. Due to the enhanced ionization of σ-bands and strengthened interatomic coupling effect with pressurization, the Tc is further enhanced to 130 K. Our study offers novel insights towards the realization of phonon-mediated high-temperature superconductivity at comparatively low-pressures and highlights the potential for achieving high-Tc in filled f-shell metal hydrides through strategic engineering of metallized σ-bonds.
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