LK-99超导材料美国验证论文

美国劳伦斯伯克利国家实验室  Sin´ead M. Griffin

主要结论：

1. 作者通过第一性原理计算研究了铜取代磷灰石结构材料Pb10-xCux(PO4)6O的结构和电子结构。

2. 计算结果表明,Cu取代会导致晶格参数收缩,Cu周围的配位环境发生变化,从9配位变为扭曲的6配位三棱柱。

3. Cu取代还会引起磷酸根的倾斜改变,导致整个结构发生全局畸变。这种畸变来源于两个λ1和λ2声子模。

4. 电子结构计算显示,Fermi面附近出现两条高度局域化的Cu 3d态平坦能带,带宽仅130meV,与价带其他态相隔160meV。

5. 这种高度局域化和平坦的Cu 3d能带是Cu所处三棱柱场的结果,可以用一个简化的两带模型描述该系统的低能电子结构。

6. 计算发现相邻单元之间的Cu间存在轻微的铁磁耦合,表明自旋波动也可能参与配对形成。

7. Pb(2)的非键孤对导致其氧配位环境的手性排列,形成手性电荷密度波,这种排列会propagate到整个结构。 

8. 计算结果表明Cu取代磷灰石结构可能产生高温超导所需的条件,但实验合成面临巨大挑战。

9. 这项研究为探索磷灰石类材料的高温超导性提供了理论依据,也为设计新型高温超导体提供了启示。