発表者
成田 尚輝(清水研)
指導教員
清水 克哉
Title
First-principles study on crystal structure and superconductivity in AgHO2
Abstract

A p-type transparent semiconductor delafossite CuAlO2 is predicted to be a superconductor with relatively high superconducting critical temperature (Tc) of 50 K by hole-doping [1]. The energy gap of (Cu,Ag,Au)XO2 were calculated theoretical comprehensively, where X is any element of the periodic table up to Bi with the exclusion of the rare gases and the lanthanides, and metallic band structure was found in some composition [2]. As hydrides such as H3S is high Tc superconductor (Tc ~ 200 K) under high pressure[3,4], we focused on AgHO2 (X=H) and performed theoretical optimizations of the atomic position and lattice constant between 0 GPa and 300 GPa, and calculated Tc after investigating density of states (DOS) and phonon.

The results of optimization showed that space group was found to be stable in monoclinic Cm up to 300 GPa. We found that the DOS at Fermi level gradually decreases with applying pressure and discontinuously increases at 150 GPa. From result of partial DOS, hydrogen s-electron does not have large contribution to total DOS. The Tc of AgHO2 at 0 GPa was found to be about 1.5 K.

タイトル
AgHO2の結晶構造と超伝導性に関する第一原理的研究
概要

p型透明半導体として知られているCuAlO2はホールドープによって転移温度50 Kの超伝導体となると予測されている[1]。(Cu,Ag,Au)XO2の網羅的な計算から金属のバンド構造を持つ構造がいくつか見つかった[2](Xは周期表のBi以上の元素で希ガスとランタノイドは除く)。また、水素化物は高圧力下で高温超伝導体になることが予測されている[3]、実際にH3Sは高圧力下でTc ~ 200 Kを示している[4]。我々はホールドープなしで金属となり、水素を含むAgHO2(X=H)に注目した。そこで、0~300 GPaの高圧力下におけるAgHO2の安定構造を探索し、その電子状態密度(DOS)およびフォノンを計算した後、超伝導性を第一原理計算によって調べた。

構造最適化計算の結果、300 GPaまでの全圧力域でAgHO2の結晶構造は単斜晶系Cmの構造が安定となった。DOSは加圧と共に減少し、150 GPaで上昇に転じた。PDOSの結果から、水素のs電子の寄与は小さかった。0 GPaでの超伝導転移温度は1.5 Kとなった。

References
  1. A. Nakanishi, H. Katayama-Yoshida.: Solid State Commun. 152, 24-27 (2012).
  2. T.F.T. Cerqueira, et al.: Chem. Mater., 27, 4562-4573 (2015).
  3. N.W. Ashcroft: Phys. Rev. Lett., 92, 187002 (2004).
  4. A.P. Drozdov, et al.: Nature, 525, 73 (2015).

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