Evolution of multigap superconductivity in the atomically thin limit: Strain-enhanced three-gap superconductivity in monolayer MgB2

超导电性 凝聚态物理 单层 各向异性 联轴节(管道) 费米面 材料科学 物理 石墨烯 纳米技术 量子力学 冶金
作者
J Bekaert,Alex Aperis,B. Partoens,Peter M. Oppeneer,M. V. Miloševıć
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:96 (9) 被引量:97
标识
DOI:10.1103/physrevb.96.094510
摘要

Starting from first principles, we show the formation and evolution of superconducting gaps in MgB$_2$ at its ultrathin limit. Atomically thin MgB$_2$ is distinctly different from bulk MgB$_2$ in that surface states become comparable in electronic density to the bulk-like $\sigma$- and $\pi$-bands. Combining the ab initio electron-phonon coupling with the anisotropic Eliashberg equations, we show that monolayer MgB$_2$ develops three distinct superconducting gaps, on completely separate parts of the Fermi surface due to the emergent surface contribution. These gaps hybridize nontrivially with every extra monolayer added to the film, owing to the opening of additional coupling channels. Furthermore, we reveal that the three-gap superconductivity in monolayer MgB$_2$ is robust over the entire temperature range that stretches up to a considerably high critical temperature of 20 K. The latter can be boosted to $>$50 K under biaxial tensile strain of $\sim$ 4\%, which is an enhancement stronger than in any other graphene-related superconductor known to date.
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