Electron-phonon driven charge density wave and superconductivity in a 1T−TaSi2N4 monolayer

超导电性 物理 电荷(物理) 凝聚态物理 量子力学
作者
Yan Luo,Ruiqi Ku,Jianguo Si,Pengfei Liu,Hao Gao,Liujiang Zhou,Bao‐Tian Wang
出处
期刊:Physical review 卷期号:109 (13)
标识
DOI:10.1103/physrevb.109.134502
摘要

Charge-density wave (CDW) and superconductivity, as well as their interplay, are fascinating topics in condensed-matter physics. In this work, we propose a single-layer (SL) CDW material, $1T\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{TaSi}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$, among synthesized two-dimensional (2D) ${\mathrm{MoSi}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$ family. Through first-principles simulations, its stability, vibrational properties, electronic structures, CDW, and superconductivity have been systematically scrutinized. The Ta-${\mathit{d}}_{{z}^{2}}$ orbitals occupy mainly at the Fermi level and SL $1T\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{TaSi}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$ exhibits intrinsic metallic property. Besides, the CDW transition temperature (${T}_{\mathrm{CDW}}$) is estimated to be $\ensuremath{\sim}500$ K by using the temperature dependent effective potential technique. We found that it is the electron-phonon couping (EPC) that drives the CDW to form. Furthermore, its CDW orders can be manipulated by carrier doping and applying strain. At doping of 0.14 h/cell, the CDW instability is effectively suppressed and it changes to a 2D superconductor below $\ensuremath{\sim}21.84$ K. Moreover, its superconducting transition temperature ${\mathit{T}}_{c}$ under the strain of 10% is $\ensuremath{\sim}10.47$ K. Physically, the superconductivity in stabilized $1T\text{\ensuremath{-}}{\mathrm{TaSi}}_{2}{\mathrm{N}}_{4}$ monolayer is mainly contributed by the EPC between electrons from the Ta-${\mathit{d}}_{{z}^{2}}$ orbitals and phonon vibrations from the $\mathrm{Ta}\text{\ensuremath{-}}xy$ and $\mathrm{N}\text{\ensuremath{-}}z$ modes with evident soft phonon mode.
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