Hydrogen-Induced High-Temperature Superconductivity in Two-Dimensional Materials: The Example of Hydrogenated MonolayerMgB2

超导电性 联轴节(管道) 声子 凝聚态物理 原子轨道 各向异性 单层 物理 材料科学 电子 量子力学 纳米技术 冶金
作者
J Bekaert,Mikhail Petrov,Alex Aperis,Peter M. Oppeneer,M. V. Miloševıć
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:123 (7): 077001-077001 被引量:117
标识
DOI:10.1103/physrevlett.123.077001
摘要

Hydrogen-based compounds under ultrahigh pressure, such as the polyhydrides H_{3}S and LaH_{10}, superconduct through the conventional electron-phonon coupling mechanism to attain the record critical temperatures known to date. Here we exploit the intrinsic advantages of hydrogen to strongly enhance phonon-mediated superconductivity in a completely different system, namely, a two-dimensional material with hydrogen adatoms. We find that van Hove singularities in the electronic structure, originating from atomiclike hydrogen states, lead to a strong increase of the electronic density of states at the Fermi level, and thus of the electron-phonon coupling. Additionally, the emergence of high-frequency hydrogen-related phonon modes in this system boosts the electron-phonon coupling further. As a concrete example, we demonstrate the effect of hydrogen adatoms on the superconducting properties of monolayer MgB_{2}, by solving the fully anisotropic Eliashberg equations, in conjunction with a first-principles description of the electronic and vibrational states, and their coupling. We show that hydrogenation leads to a high critical temperature of 67 K, which can be boosted to over 100 K by biaxial tensile strain.
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