Two-dimensional topological superconductivity candidate in a van der Waals layered material

超导电性 物理 范德瓦尔斯力 凝聚态物理 拓扑(电路) 费米能量 单层 拓扑绝缘体 电子 材料科学 量子力学 纳米技术 分子 数学 组合数学
作者
Jing-Yang You,Bo Gu,Gang Su,Yuan Ping Feng
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:103 (10) 被引量:17
标识
DOI:10.1103/physrevb.103.104503
摘要

Two-dimensional (2D) topological superconductors are highly desired because they not only offer opportunities for exploring novel exotic quantum physics but also possess potential applications in quantum computation. However, there are few reports about 2D superconductors, let alone topological superconductors. Here, we find a 2D monolayer ${\mathrm{W}}_{2}{\mathrm{N}}_{3}$, which can be exfoliated from its real van der Waals bulk material with much lower exfoliation energy than ${\mathrm{MoS}}_{2}$, to be a topological metal with exotic topological states at different energy levels. Owing to the Van Hove singularities, the density of states near the Fermi level are high, making the monolayer a compensate metal. Moreover, the monolayer ${\mathrm{W}}_{2}{\mathrm{N}}_{3}$ is unveiled to be a superconductor with the superconducting transition temperature ${T}_{C}$ $\ensuremath{\sim}$ 22 K and a superconducting gap of about 5 meV based on the anisotropic Migdal-Eliashberg formalism, arising from the strong electron-phonon coupling around the $\mathrm{\ensuremath{\Gamma}}$ point, and the 2D superconductor is phonon mediated and fits the BCS mechanism with an Ising-type pairing. Because of the strong electron and lattice coupling, the monolayer displays a non-Fermi liquid behavior in its normal states at temperatures lower than 80 K, where the specific heat exhibits ${T}^{3}$ behavior and the Wiedemann-Franz law is dramatically violated. Our findings not only provide a platform to study the emergent phenomena in 2D topological superconductors, but also open a door to discover more 2D high-temperature topological superconductors in van der Waals materials.

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