Superconductivity in clathrate LiLaB8 with nontrivial band topology
Superconductivity in clathrate LiLaB8 with nontrivial band topology
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具有非平凡能带拓扑的包合物 LiLaB8 的超导性
DOI：
10.1016/j.mtphys.2022.100817
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发表时间：
2022-08
影响因子：
11.5
通讯作者：
Yinwei Li
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Yinwei Liang;Xuanye Zhang;Meiling Xu;Gang Xu;Yinwei Li
同时具有超导电性和非平凡拓扑电子结构的材料由于具有实现新的量子态的潜力而引起了人们的极大关注。在这里，我们用群智能结构预测方法和第一性原理计算，预测了具有拓扑保护表面态的三元双金属硼笼状超导体LiLaB8。LiLaB8中的B原子聚合成两种笼状结构，即B12和B24笼状结构，分别包裹着Li和La原子。LiLaB8可能在75 Gpa以上的压力下合成，并在B笼保存完好的情况下恢复到环境条件下。电子-声子耦合计算表明，LiLaB8是一种潜在的超导体，在100 GPa时的Tc值为2.4K，在常压下增加到9.5K.这种增强的超导电性被认为源于与La和B原子振动有关的软化模。电子能带结构计算表明，La5d和B2p轨道存在明显的“带反转”现象。Z2不变表面态和拓扑保护表面态证明了LiLaB8确实是一种非平凡的拓扑材料。这些结果表明，LiLaB8是一种具有非平凡能带拓扑结构的超导体，它有助于研究由超导电性和能带拓扑相互作用而产生的有趣现象。
Materials that exhibit both superconductivity and nontrivial topological electronic structures have attracted considerable attention due to the potential for the realization of novel quantum states. Here, using swarm-intelligence structure prediction methodology and first-principles calculations, we have predicted a ternary double-metal boron clathrate superconductor LiLaB8with topologically protected surface states. B atoms in LiLaB8polymerize into two kinds of caged structures, i.e. B12and B24cages, enclosing Li and La atoms, respectively. LiLaB8can be possibly synthesized at the pressure above 75 GPa and recovered to ambient conditions with B cages well preserved. Electron-phonon coupling calculations show that LiLaB8is a potential superconductor with an estimatedTcof 2.4 K at 100 GPa, which increases to 9.5 K at ambient pressure. The enhanced superconductivity is considered to originate from softened mode related to the vibrations of La and B atoms. Electronic band structure calculations showcase the apparent “band inversion” of La 5d and B 2p orbitals. Z2invariant and topologically protected surface states demonstrate that LiLaB8is indeed a nontrivial-topological material. These results indicate LiLaB8is a superconductor with nontrivial band topology that helps in the study of fascinating phenomena arising from the interplay of and superconductivity and band topology.
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