A fresh class of superconducting and hard pentaborides

超导电性 四方晶系 维氏硬度试验 超导转变温度 材料科学 凝聚态物理 结晶学 冶金 化学 晶体结构 物理 微观结构 有机化学
作者
Hui Xie,Wang Hong,Qin Fang,Wei Han,Suxin Wang,Youchun Wang,Fubo Tian,Defang Duan
出处
期刊:Matter and Radiation at Extremes [American Institute of Physics]
卷期号:8 (5) 被引量:10
标识
DOI:10.1063/5.0157250
摘要

On the basis of the current theoretical understanding of boron-based hard superconductors under ambient conditions, numerous studies have been conducted with the aim of developing superconducting materials with favorable mechanical properties using boron-rich compounds. In this paper, first-principles calculations reveal the existence of an unprecedented family of tetragonal pentaborides MB5 (M = Na, K, Rb, Ca, Sr, Ba, Sc, and Y), comprising B20 cages and centered metal atoms acting as stabilizers and electron donors to the boron sublattice. These compounds exhibit both superconductivity and high hardness, with the maximum superconducting transition temperature Tc of 18.6 K being achieved in RbB5 and the peak Vickers hardness Hv of 35.1 GPa being achieved in KB5 at 1 atm. The combination of these properties is particularly evident in KB5, RbB5, and BaB5, with Tc values of ∼14.7, 18.6, and 16.3 K and Hv values of ∼35.1, 32.4, and 33.8 GPa, respectively. The results presented here reveal that pentaborides can provide a framework for exploring and designing novel superconducting materials with favorable hardness at achievable pressures and even under ambient conditions.

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