フォノンの予測 | 広州チタニオ株式会社

Scientific Reports volume 12、記事番号: 13198 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

ハイスループットの計算手法を使用して、Ti ベース M\(_2\)AX 相の 39 個の新しい超伝導体を予測し、密度汎関数理論の電子フォノン結合計算を使用して最良の候補をより詳細に研究します。詳細な計算は単純な予測と一致しており、Ti\(_2\)AlX (X: B、C、N) 材料は、現在知られているどの六角形 M\(_2\) よりも高い \(T_c\) の値を持つと予測されています。 AX フェーズ。フェルミレベルの電子状態は、Ti 3d 状態によって支配されます。 X (X: B、C、N) の選択は、電子状態密度に大きな影響を与えますが、フォノン特性には影響しません。 Ti\(_2\)AlX (X: B、C、N) の電子 - フォノン結合パラメーターは 0.685、0.743、0.775 と決定され、予測 \(T_c\) は 7.8 K、10.8 K、13.0 K でした。それぞれ。

MAX 相は、化学式 M\(_{n+1}\)AX\(_n\)1 (n = 1、2、3 など) を持つ六方晶系の炭化物または窒化物です。ここで、M は初期遷移金属、A です。は主に 13 ～ 16 族で、X は C または N のいずれかです。 MAX 相は、高い損傷耐性、優れた熱衝撃耐性、耐腐食性と酸化耐性、高いクリープ寿命、非常に損傷耐性に優れた良好な機械加工性を示し、電気的および熱的に伝導性です2。 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。三元 M\(_2\)AX 族相の六方晶系炭化物および窒化物の物理的特性は、通常金属とセラミックに関連する特性の珍しい組み合わせのため、広範囲に研究されてきました。さらに、過去 2 年間で、X 元素として B を含むいくつかの M\(_2\)AX 相セラミックが初めて合成されました 13、14、15、16。ホウ素とその化合物は、その興味深い物理的および化学的特性により、重要な技術的用途を持っています17,18。そのため、MAX 相ホウ化物は安定性が向上しているため、特に原子力産業において有望な研究および応用候補となることが期待されています 19。ハディら。 Nb\(_2\)SX(X:B, C and N) の C と N を B に置き換えることが、構造的、電子的、機械的、熱的、光学的特性に及ぼす影響を調査しました。彼らは、Nb\(_2\)SC や Nb\(_2\)SN と比較して、Nb\(_2\)SB が機械的に強く、共有結合が強く、せん断変形に対する耐性が高く、弾性的および光学的に等方性であることを発見しました19。一部の M\(_2\)AX 相は超伝導体であり、既知の最も高い \(T_c\) は Nb\(_2\)GeC であり、 \(T_c\) = 10 K20 です。

この研究の目的は、Ti ベース M\(_2\)AX ファミリー内の新しい超伝導材料を予測し、最大 \(T_c\) を増加させることです。さらに、最近合成されたホウ化物ベースの M\(_2\)AX 相における超伝導の最初の研究を紹介します。これは、M\(_2\)AX 超伝導体を迅速にスクリーニングして実験に有用なガイダンスを提供する、当社のハイスループット手法の原理の証明です。

3 つの材料 (Ti\(_2\)GeC、Ti\(_2\)InC、Ti\(_2\)InN) が最初に研究され、既知の実験 \(T_c\) データと比較され、高スループットスクリーニングモデルが作成されました。 Ti ベースの材料は、Nb-C ベースの M\(_2\)AX 相の \(T_c\) を予測するために開発した Fröhlich モデルに基づいています21。次に、このモデルを使用して 42 の異なる Ti\(_2\)AX 材料をスクリーニングしました (A: Al、Si、P、S、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl、Pb; X ：B、C、N）。各 X について、A = Al が最も高い予測 \(T_c\) を与えることがわかりました。

1963 年、Jeitschko ら。 Ti\(_2\)AlN22 の製造と特性評価について報告し、そこから六方晶系 M\(_2\)AX 相ファミリーが発展しました。これまでに、約 60 個の M\(_2\)AX 相が合成されています 1 が、実験で超伝導体であることが証明されたのはそのうち 10 個だけです: Mo\(_2\)GaC (4.0 K)23、Nb\(_2\) SC (5.0 K)24、Nb\(_2\)AsC (2.0 K)25、Nb\(_2\)SnC (7.8 K)26、Ti\(_2\)InC (3.1 K)27、Nb\(_2 \)InC (7.5 K)28、Ti\(_2\)InN (7.3 K)29、Ti\(_2\)GeC (9.5 K)30、Lu\(_2\)SnC (5.2 K)31 および Nb\ (_2\)GeC (10.0 K)20。これらのうち、既知の中で最も高い \(T_c\)=10 K を持つのは Nb\(_2\)GeC です。 V\(_2\)AlN を合成する試みでは、関連する立方晶非 MAX 相の成長のみに成功しました。 \(T_c\) = 15.9 K32 で超伝導であることが示されています。 M\(_2\)AX 相は、高い損傷耐性、優れた熱衝撃耐性、耐腐食性と酸化性、高いクリープ寿命、優れた機械加工性など、非常に有用な機械的特性を備えています。これらは、超電導体ではあまり見られない特性です。したがって、新しい用途が生まれる可能性があります。

私たちのハイスループットモデルは、Ti\(_2\)AlX (X: B、C、N) の最も高い \(T_c\) を予測したため、これらの材料の超伝導のより詳細な研究を実行しました。 Ti\(_2\)AlX (X: B、C、N) の弾性、熱力学、振動特性は理論的に研究されており 33,34,35,36,37 および実験的に 35,38 行われていますが、我々は超伝導に関する研究を知りません。これらの材料。したがって、この研究は、Ti\(_2\)AlX (X: B、C、N) の構造的、電子的、およびフォノン特性だけでなく、電子-フォノン結合を含む超伝導 \(T_c\) の非経験的研究を示しています。 )、密度汎関数理論 (DFT) への平面波擬ポテンシャルアプローチを使用します。エリアシュベルグのスペクトル関数は、線形応答理論 39,40 とミグダル・エリアシュベルグ理論 41,42 を組み合わせることによって計算されます。これらの量は、これらの材料における超伝導の起源と、X (X: B、C、および N) の変化の影響を調査するために使用されます。 Nb-C ベースの M\(_2\)AX 相における超伝導に関する我々の以前の研究 21 では、ミグダル・エリアシュベルグの予測が \(\pm\, 1\) K 以内の実験 \(T_c\) 値と一致することがわかりました。

計算には、Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)44 交換相関近似およびウルトラソフト擬ポテンシャル 45 を備えた Quantum Espresso ab initio シミュレーションパッケージ 39,40,43 が使用されました。平面波基底カットオフは 60 Ry (\(\sim \) 812 eV) で、ブリルアンゾーン積分には (\(36 \times 36 \times 8\)) k メッシュ (最大間隔は 0.01 \(\times 2 \pi \text{\AA} ^{-1}\)) ですが、電子面とフェルミ面の計算はより高密度 (\(40 \times 40 \times 10\)) k で実行されます。 -メッシュ。

フォノンの計算には線形応答アプローチ 39,40,43 が使用され、フォノンのブリルアンゾーン積分には (\(4 \times 4 \times 4\)) q メッシュと対称性による 12 の動的行列が使用されました。電子とフォノンの結果を組み合わせて、ミグダル・エリアシュベルグ理論 41,42 を使用して電子とフォノンの相互作用を計算し、したがって \(T_c\) を計算します。

この \(T_c\) の計算は計算量が非常に多いため、新規超電導体のハイスループットスクリーニングには非現実的です。 Ti\(_2\)AX (X: B、C、および N) の A 元素の変化は、超伝導同位体効果と同等の影響を与えるようであり、以前の研究では Nb-C ベースの M\(_2 \)AX フェーズでは、同位体効果の Fröhlich47 理論に基づく単純なモデルが、これらの材料のハイスループットスクリーニングアプローチの効果的な基盤であることを示しました。

ここで、M は式単位の質量、N(E\(_F\)) はフェルミエネルギー E\(_F\) における電子密度、T\(_0\) と \(\alpha \) は線形近似です。パラメーター。このモデルには、超伝導が発生するための臨界値 \(N(E_F)/\sqrt{M} > T_0/\alpha \) があります。この関数形式は、簡略化された BCS 方程式の近似です 48。

最も基本的な形式では、BCS 理論は電子とフォノンの相互作用 (V) とデバイ温度 (\(\Theta _D\)) の観点から超伝導転移温度 \(T_c\) を与え、次のように簡略化できます。

ここで \(\Theta _D\sim 1/\sqrt{M}\) です。 \(0.2< NV < 0.7\) の場合、この指数関数形式はほぼ線形となり、NV の値が大きくなると飽和します。各 Ti\(_2\)AX ファミリー (ホウ化物、炭化物、窒化物) 内では同様の V が期待できるため、式 1 と同様の動作が観察される可能性があります。 (1)。

式の利点 (1) N(E\(_F\)) は、電子フォノン行列要素 (通常、材料ごとに 300 コア時間) よりもはるかに短い時間 (通常、1 コア時間未満) で計算できるということです。既知の超伝導材料 (Ti\(_2\)GeC、Ti\(_2\)InC、Ti\(_2\) の \(T_c\) 対 \(N(E_F)/\sqrt{M}\) の観察された傾向)InN) を使用すると、これまでに超電導研究が行われていない候補材料の超電導転移温度を予測するためのハイスループット検索に使用できます。これらの中で最も有望なものは Ti\(_2\)AlX(X: B, C and N) で、完全な電子 - フォノン結合とミグダル - エリアシュベルグ理論を使用してさらに詳細に研究されています。

ハイスループットスクリーニングは、臨界温度 (\(T_c\)) と N(E\(_F\))/\(\sqrt{M}\ の値の間の線形関係を予測するフレーリッヒモデルに基づいています。 ) (図 1 に示すように)。補足情報に示されているように、3 つの既知の超伝導体 (Ti\(_2\)GeC、Ti\(_2\)InC、Ti\(_2\)InN) の \(T_c\) 値は、エリアシュバーグ理論 41 を使用して計算されました。 42 であり、実験 \(T_c\) の値に最もよく適合するのは、3 つの材料すべてについて \(\mu ^{*}=\) 0.13 の場合です。これらの理論値は、青とマゼンタの四角を使用して図1に示されており、対応する実験値 \(T_c\) は黒丸で示されています。

私たちの以前の研究 21 では、Al を含む Nb-C ベースの M\(_2\)AX 相が高い \(T_c\) 値を持つことを発見しました。したがって、\(\mu ^{*}=\) 0.13 を使用したエリアシュバーグ理論を使用して、Ti\(_2\)AlX(X: C および N) および Ti\(_2\)GeN 材料の超伝導温度を決定しました。そのうちの \(T_c\) は既知です。これらの結果は、図 1 にも青とマゼンタの四角形としてプロットされており、M\(_2\)AX 炭化物と窒化物は 2 つの異なるクラスに分類されるようであり、それを 2 本の直線で示しています。

Ti\(_2\)AX (A: Al、Ge、In、X: B、C、N) の場合、\(T_c\) の結果は、Migdal-Eliashberg を使用して \(\mu ^*=\) 0.13 を使用して計算されます。理論は赤 (X = B)、青 (X = C)、マゼンタ (X = N) の四角形で表され、対応する実験データは黒丸で表示され、赤、青、赤の理論値に線形で最もよく適合します。マゼンタの破線。赤、青、マゼンタの破線は、超伝導転移温度 \(T_c\) を推定するための単純なフレーリッヒモデルを表しています。完全なデータは表 1 と表 2 にあります。

最近、新しいホウ化物 M\(_2\)AX 相 49 が合成されましたが、超伝導性についてはまだテストされていません。そこで、炭化物と直接比較するために、以前と同様に \(\mu ^{*}=\) 0.13 を使用して Ti\(_2\)AB(A: Al, Ge, In) の超伝導温度をエリアシュバーグ理論を使用して計算しました。そして窒化物。これらの結果は、図 1 にも赤い四角としてプロットされており、ホウ化物は 3 番目の異なるクラスに分類されるようです。

Ti ベースのホウ化物/炭化物/窒化物ファミリーのそれぞれの 3 つの材料に対する \(T_c\) の電子 - フォノン結合計算結果を使用して、単純な線形フィットを実行し、これをフレーリッヒモデルの基礎として使用できます。結果は表 1 にまとめられており、新規材料の \(T_c\) を予測するための私たちのスクリーニング法の有用性が検証されています。

このモデルをハイスループットスクリーニングアプローチに使用して、 \(T_c\) が不明な類似の材料を迅速に評価できるようになりました。これには電子的な DOS 計算 (\(\sim \) 1 コア時間/材料) のみが必要で、完全な電子 - フォノン結合の計算 (\(\sim \) 300 コア時間/材料) よりはるかに高速です。

Ti\(_2\)AX (A: Al、Si、P、S、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Cd、In、Sn、Tl、Pb、X: B、C、N) を表 2 に示します。これは、Al を含む化合物が各族で最も高い超電導転移温度を持ち、Ti\(_2\)AlN が既知の M の中で最も高い超電導転移温度を持つと予測されることを示しています。 \(_2\)AX素材。同様に、Ti\(_2\)AlC は炭化物の \(T_c\) が最も高く、Ti\(_2\)AlB はホウ化物の \(T_c\) が最も高いと予測されます。

式の検証として。 (1) では、Quantum Espresso の QHA パッケージを使用して \(\Theta _D\) の値を計算しました。これらを \(T_c\) および \(N(E_{F})\) の値とともに表 3 に示します。。これにより、電子フォノン相互作用強度 (V) を式 (1) から推測できるようになります。 (2)。これは、ホウ化物/炭化物/窒化物がすべて、図 2 に示すように同じ普遍的な形状に従っていることを示しています。

Ti\(_2\)AX (A: Al、Ge、In、および X: B、C、または N) の \(T_c\) で観察された傾向の単純な BCS 理論分析。

\(T_c\) の結果を提示したので、今度はこの挙動の根底にある詳細な電子特性とフォノン特性を検討します。

Ti\(_2\)AlX (X: B、C、N) は空間群 P6\(_3\)/mmc の六方晶構造で結晶化します。原始単位胞には 2 つの式単位 (8 個の原子) があり、それぞれが Ti の場合はワイコフ座標 4f (1/3、2/3、z)、Ti の場合は 2d (1/3、2/3、3/4) を占有します。 Al、および B (C および N) 原子の場合は 2a (0, 0, 0)。したがって、2 つの格子パラメータ a と c と 1 つの内部構造パラメータ z が構造を決定します。六角形の単位格子が図3aに示されており、エッジを共有するTi\(_6\)X八面体のブロックがAlの平面の間に挟まれています。六角形のブリルアンゾーンを図 3b に示します。

(a) Ti\(_2\)AlX (X: B、C、および N) の六方晶系結晶構造。Ti-X (X: B、C、および N) のブロック (エッジ共有 Ti\(_6) によって形成される) \)X (X: B、C、N) 八面体) が Al 原子シートで挟まれています。 (b) Ti\(_2\)AlX (X: B、C、N) の六角形ブリルアンゾーン。

ムルナハン状態方程式を使用して、各化合物の格子定数 (a、c)、最適な内部パラメーター (z)、および体積弾性率 (B) を計算しました。これらは表 4 に示されており、以前の理論的結果とよく一致しています 33、34、36、37。

図4は、ブリルアンゾーンのバンド構造、全体および部分状態密度(DOSおよびPDOS)、およびフェルミ面を含む六方晶Ti\(_2\)AlXの電子特性を示しています。フェルミレベルの電子状態密度 (N(E\(_F\))) は、金属相と超伝導の計算にとって重要です。サイトと角運動量の寄与に分けた各成分の PDOS を図 4 に示します。バンド (主に Ti 3d 状態) がフェルミ準位を横切ると、これが金属挙動の起源となります。電気バンド構造は、以前の研究で観察されたものと類似しています 35,37。特に、各材料にはフェルミ準位を横切る 6 つの価電子帯があります。

(a) Ti\(_2\)AlB、(b) Ti\(_2\)AlC、および (c) Ti\( _2\)AlN。

Ti\(_2\)AlN の PDOS の分析により、最低エネルギー領域 \({-\,16.8< E < -\, 15.6}\) eV は N 2s 状態によって支配されており、N 2s 状態の寄与は小さいことが明らかになりました。 Ti 4s と 3d の状態。 Ti\(_2\)AlC では、この低エネルギー領域は C 2s 軌道によって支配されており、Ti\(_2\)AlN よりも約 5 eV 高くなります。この低エネルギー領域は、Ti\(_2\)AlB 材料には存在しません。

主要な価電子帯領域 \(-\, 8.0< E < -\, 4.0\) eV は、ハイブリッド化した Ti 3d 状態と X 2p 状態で構成され、共有結合性 Ti-X 結合を示し、\ の順で共有結合性が増加します。 (B>C>N\)。したがって、Ti\(_2\)AlN は Ti\(_2\)AlB や Ti\(_2\)AlC よりも高い導電率を有するはずであると予想されます。領域 \(-\, 4.0< E < E_F\) eV は、Ti 3d 状態と Al 3p の弱いハイブリッド形成を伴う Ti 3d 状態によって支配されています。 \(E>E_F\) の領域では、バンド構造はほぼ完全に Ti 3d 状態によって支配されています。

定性的には、Ti\(_2\)AlX (X = B、C、または N) のフェルミ準位付近のバンド構造は類似しているようですが、主な違いは E\(_F\) が 0.5 eV シフトしていることです。 X = B から X = C に、そして X = C から X = N に 0.2 eV ずつ変化します。このシフトにより、N(E\(_F\)) が大幅に増加します。フェルミ準位の電子状態は超伝導にとって重要であり、フェルミ準位における Ti\(_2\)AlN の DOS は N(E\(_F\)) = 4.568 状態/eV (約 89.3%) であることがわかります。それぞれ、Ti、Al、および N 原子からの寄与が 5.9% および 4.8% でした。結果として、伝導特性は Ti 3d 電子によって支配されます。同様に、Ti\(_2\)AlC の場合は N(E\(_F\))= 3.048 ステート/eV、Ti\(_2\)AlB の場合は 2.241 ステート/eV となります。これは、Ti\(_2\)AlX 相の超電導特性の形成に対する最も重要な寄与は、次のように N(E\(_F\)) を増加させ \(\lambda \) を強化する Ti 3d 状態から来ていることを示唆しています。マクミラン・ホップフィールド式50:

ここで、 \(\langle \omega ^2 \rangle \) は平均二乗フォノン周波数を表し、 \(\langle I^2 \rangle \) は平均二乗電子フォノン行列要素を表し、M は平均原子質量を表します。 Ti\(_2\)AlN は他の材料よりも N(E\(_F\)) が高いため、他のすべての効果が同様であれば \(T_c\) の値はより高くなります。

図 4 には、Ti\(_2\)AlX (X: B、C、および N) のフェルミ面も示されており、これも Ti 3d 様バンドの優位性を示しています。 Ti\(_2\)AlC の計算されたフェルミ面は、以前の理論結果とよく一致します 35。 Ti\(_2\)AlB のフェルミ面には 4 枚のシートが含まれていますが、他の 2 つの材料のフェルミ面には 5 枚のシートが含まれています。フェルミ面は \(\Gamma \)-A 方向に完全にプリズム状かつ円筒状であり、電子のような挙動を示しますが、HK 方向と LM 方向に沿ったブリルアンゾーンの角にはホール状のシートが現れます。非球形のフェルミシートも高い金属伝導率を引き起こす可能性があります 51。

フォノンは超伝導において重要な役割を果たしているため、Ti\(_2\)AlX（X：B、C、およびN）の計算されたフォノン分散、全体および部分振動状態密度、および電子-フォノンスペクトル関数が図5aに示されています。それぞれ –c。 3 つの材料はすべて、基本単位セルあたり 8 個の原子を持っているため、3 つの音響フォノンモードと 21 の光学フォノンモードがあります。ゾーン中心光学フォノンモードの詳細な研究は、私たちの以前の論文に記載されています21。負の周波数がないため、各構造は動的に安定します。フォノンスペクトルは 2 つの異なる周波数領域に分割されます。1 つは 3 つの音響フォノンモードと 15 の光学フォノンモードを含む 12 THz までの低周波数領域、もう 1 つは 6 つの光学モードを含む 15 ～ 21 THz の高周波数領域です。 3 つの材料すべての \(E_{2g}\) 分岐は、\(\Gamma \)-K 方向に沿ってフォノン異常を示します。

フォノン分散曲線、全体および部分振動状態密度、計算された電子 - フォノンスペクトル関数 \(\alpha ^2 F(\omega )\) (赤線)、および電子 - フォノン結合パラメーターの変化 (青線) (a) Ti\(_2\)AlB、(b) Ti\(_2\)AlC、および (c) Ti\(_2\)AlN の周波数が上昇する \(\lambda \)(\(\omega \)) 。

低周波数領域では Ti-Al モードの弱い重なりと混成があり、高周波数領域のモードは軽い X 原子によって支配されます。この領域の DOS には、Ti\(_2\)AlC および Ti\(_2\)AlN 化合物の原子では小さなギャップによって分離された 2 つのピークがありますが、Ti\(_2\)AlB ではこのギャップは消えます。全体として、Ti\(_2\)AlX (X: B、C、N) 材料のフォノン特性は非常に似ています。

電子 - フォノン相互作用は、ミグダル - エリアシュベルク理論 41、42 への線形応答理論 39、40 のアプローチを使用して研究できます。平均電子フォノン結合定数 \(\lambda \) は、エリアシュベルグのスペクトル関数 (\(\alpha ^2F(\omega )\)) から計算できます。エリアシュベルグのスペクトル関数の詳細な研究は、以前の論文で説明されています21。 Ti\(_2\)AlX (X: B、C、N) の \(\lambda \) 値は、それぞれ 0.685、0.743、0.775 と計算されました。図 5 は、 \(\lambda (\omega )\) が最も低い周波数領域、つまり \(\lambda \propto \omega \) によって支配されていることを確認しています。全体 \(\lambda = \) に対する低周波の寄与はそれぞれ 93%、97%、94% であり、Ti 原子と Al 原子の結合運動によって支配されています。高周波領域は軽い X 原子モードによって支配されているため、 \(\lambda \) への寄与はわずかです。 \(\lambda (\omega )\) の値を使用すると、対数平均フォノン周波数 (\(\omega _{\ln }\)) は、Ti\(_2\ の場合) 219.540 K、342.218 K、および 369.818 K として計算されます。）AlX（X：B、C、N）。 \(\lambda \) と \(\omega _{\ln }\) の値は、以前の論文で説明したように、マクミランの公式のアレン・ダイン修正を使用して超伝導転移温度 \(T_c\) を計算するために使用されます21 。ほとんどの研究では、 \(\mu ^{*}\) の値は 0.10 から 0.1650,52 の範囲になります。ここでは、\(\mu ^{*}\)=0.13 を使用します。これは、Ti\(_2\)GeC、Ti\(_2\)InC、Ti の実験 \(T_c\) に最もよく適合するためです。 \(_2\)InN (補足情報を参照)。現在、Ti\(_2\)AlX に対する既知の実験 \(T_c\) は存在しないため、 \(\mu ^{*}=\) 0.13 を使用し、 \(T_c =\) 7.8、10.8、および 13.0 K を予測します。 Ti\(_2\)AlX (B、C、および N) の場合。

我々は、ハイスループットアプローチを使用して、42 の異なる Ti ベース M\(_2\)AX 相の超電導特性を研究しました。ここで、A: Al、Si、P、S、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Cd、 In、Sn、Tl、Pb。 X：B、C、N。図 1 に示し、表 2 に詳細を示します。現在、実験で 3 つが超電導であることが知られています (図 1 の黒丸)。私たちのスクリーニングにより、A = Al が高い \(T_c\) を実現する最良の可能性を持っていることが特定され、次に Ti\(_2\)AlX (X:B、C、および N) の特性をより詳細に研究しました。既知の実験 \(T_c\) が最も高い M\(_2\)AX 相は、\(T_c = 9.5~\text {K}\) を持つ Nb\(_2\)GeC です。私たちの研究では、Ti\(_2\)AlC は \(T_c = 10.8~\text {K}\) を持ち、炭化物ベースの M\(_2\)AX 相としては最も高い \(T_c\) を持つと予測しています。私たちのハイスループットモデルは、窒化物ベースの材料で \(T_c\) がさらに高くなる可能性も予測しており、詳細な計算では Ti\(_2\)AlN が \(T_c = 13.0~\text {K}\ になると予測しています) ）。また、ホウ化物ベースの M\(_2\)AX 相における超伝導性も初めて実証しました。

我々の分析は、電子 - フォノン結合が低周波 Ti ベースのフォノンモードと、フェルミエネルギー付近の Ti 3d ベースの電子状態によって支配されていることを示しています。この研究は、M\(_2\)AX 相における超伝導のさらなる研究を促進するはずであり、より一般的な Ge や In ではなく Al を使用すると、\(T_c\) がより高く、コスト削減につながるはずです。

ここで開発されたハイスループットモデルは、その詳細な根拠とともに、超伝導の他の体系的な研究にも応用できるはずです。

現在の研究中に作成および分析されたデータは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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この研究は、トルコ科学技術研究評議会 (TÜBİTAK) (2219 国際ポスト博士研究フェローシッププログラムプロジェクト番号 1059B191900055) によって支援されました。 PJH は EPSRC RSE フェローシップ (EPSRC Grant EP/R025770/1) によって資金提供されました。 PJB は、UKCP ハイエンドコンピューティングコンソーシアム (EPSRC Grant EP/P022561/1) から資金提供を受けました。このプロジェクトは、ヨーク大学が提供する高性能コンピューティング施設であるバイキングクラスターで実施されました。ヨーク大学 HPC サービスからの計算サポートに感謝します。

ヨーク大学物理学科、ヨーク、YO10 5DD、英国

E. カラカ、PJP バーン、PJ ハスニップ、MIJ プロバート

生物医学・磁性・半導体材料研究センター (BIMAS-RC)、サカリヤ大学、54187、サカリヤ、トルコ

E. カラカ

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著者全員がその論文を共同執筆した。 EK が DFT 計算を実行し、PJPB と PJH が理論的および計算上の洞察とガイダンスを提供し、MIJP が研究を考案および設計しました。

MIJプロバートへの通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

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転載と許可

カラカ、E.、バーン、PJP、ハスニップ、PJ 他。新しい Ti ベース M\(_2\)AX 相におけるフォノン媒介超伝導の予測。 Sci Rep 12、13198 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41598-022-17539-8

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受信日: 2022 年 6 月 9 日

受理日: 2022 年 7 月 27 日

公開日: 2022 年 8 月 1 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-17539-8

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科学レポート (2023)

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