Surface Superconductivity with High Transition Temperatures in Layered CanBn+1Cn+1 Films

超导电性 凝聚态物理 材料科学 费米面 密度泛函理论 转变温度 费米能级 兴奋剂 表面状态 电子 曲面(拓扑) 化学 物理 计算化学 几何学 量子力学 数学
作者
Liangliang Liu,Xiaohan Liu,Peng Song,Liying Zhang,Xiaowei Huang,Weifeng Zhang,Zhenyu Zhang,Yu Jia
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (5): 1924-1929 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.2c05038
摘要

Proposed by Ginzberg nearly 60 years ago, surface superconductivity refers to the emergent phenomenon that the electrons on or near the surface of a material becomes superconducting despite its bulk is nonsuperconducting. Here, based on first-principles calculations within density functional theory, we predict that the superconducting transition temperature Tc at the surfaces of CanBn+1Cn+1 (n = 1, 2, 3, ...) films can be drastically enhanced to ∼90 K from 8 K for bulk CaBC. Our detailed analyses reveal that structural symmetry reduction at surfaces induces pronounced carrier self-doping into the surface B-C layer of the films and shifts the σ-bonding states toward the Fermi level; furthermore, the in-plane stretching modes of the surface layers experience significant softening. These two effects work collaboratively to strongly enhance the electron-phonon coupling, which in turn results in much higher Tc values than the McMillian limit. These findings point to new material platforms for realizing unusually high-Tc surface superconductivity.

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