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T06组供稿
第70期
2022年09月20日
氮化二聚钴:一类潜在的新型高温超导材料

  由于电子间复杂的关联相互作用,物理学界对于非常规高温超导的机理还缺乏普遍认可的理解。这一机理研究的缺失使得发现和预言新的高温超导材料成为极具挑战的科学问题。近年来,焦点娱乐/焦点注册凝聚态理论与材料计算实验室胡江平研究员领导的团队通过总结归纳铜氧化物超导体和铁基超导体在电子结构上的共性,提出了“高温超导基因”的概念:满足特定电子结构“基因”的材料可以成为高温超导。 基于这个概念,胡江平课题组预言了YNiO3(Physical Review X 5, 041012 (2015))、La2Ni2O3Se2(Science Bulletin 63,957–963 (2018) ),CuInCo2Te4(Science Bulletin 63,1338–1344 (2018))等多种潜在的新高温超导材料。虽然多种材料被发现具有超导基因,但是合成这些材料却极具挑战,目前仍未成功。

  最近,胡江平课题组结合材料数据库又提出了一类潜在的新型高温超导材料——氮化二聚钴。 氮化二聚钴的层内结构如图所示,由Co2N2单元相互连接形成正方格子。基于对称性分析,他们发现该材料的电子结构满足高温超导基因的要求,可以用一个简化的二轨道有效模型来描写。进一步计算表明,材料中最近邻Co2N2单元之间存在强的反铁磁交换作用,在空穴掺杂下,费米面配对特征可产生从类铁基到类铜基高温超导体的转变。因此,该体系为人们研究铜氧化物超导体和铁基超导体之间的异同提供了新平台。结合近年大力发展的材料数据库Atomly和Materials Project,研究组发现BaCo2N2是由二维Co2N2层构成的化合物。这些数据库的计算表明BaCo2N2在该系列组合中是热力学最稳定的材料,为合成BaCo2N2提供可能。

  该研究不仅通过“高温超导基因”理论预言了一类可能的新型高温超导材料,并将“高温超导基因”的概念从单个过渡金属原子的轨道推广到过渡金属分子团的分子轨道,为探寻新的高温超导体开辟了方向。该研究成果发表于Chinese Physics Letters (Express Letter)(CPL, 39 097401 (2022))。

  本研究得到了科技部、国家自然科学基金委以及中科院先导项目的资助。

  文章链接:http://cpl.iphy.ac.cn/10.1088/0256-307X/39/9/097401


图:Co2N2单元的结构和它组合形成的二维结构