Npj Comput. Mater.: 2D过渡金属单卤化物—如此超导和拓扑态

由于薄层材料制备技术的发展，二维超导体近年来受到科学界的持续关注，为揭示伊辛配对、量子临界效应以及界面产生的高温超导机制等提供了研究平台。一方面，范德华材料由于层间相互作用弱且易转移而在实际应用中极具优势，但目前已知的本征二维范德华超导体种类有限且大多Tc较低。

Fig. 1 Atomic and electronic structures.

另一方面，超导性和拓扑性的共存有助于探究拓扑超导、边界显著增强的电子-声子耦合以及拓扑声子介导的超导等方面。研究同时具备较高超导转变温度（Tc）和拓扑性质的新型二维范德华超导体在凝聚态物理与材料科学领域都具有重要性。

Fig. 2 Phonon properties and EPC.

来自中国科学院物理研究所的杜世萱教授团队与美国犹他大学的刘锋教授合作，通过第一性原理计算预言了一类具有丰富超导和拓扑性质的二维范德华材料：过渡金属单卤化物MX（M = Zr, Mo; X = F, Cl）。

Fig. 3 Superconducting properties.

研究表明，MX家族由声学支软模导致较强的电声耦合和Tc（5.9-12.4 K），而这些声子软模来源于费米面嵌套或潜在晶格不稳定性。MX家族费米面构成的差异使得其呈现出单超导能隙或双超导能隙特征。

Fig. 4 Unveiling the EPC mechanisms.

此外，MX家族都具有非平庸的电子拓扑不变量Z2 = 1，且MoF 和MoCl为拓扑超导体的候选材料。ZrCl和MoCl在布里渊区边界存在二维狄拉克声子，相应的声子边界态呈现出特殊的w型色散，表明在一维锯齿形纳米带中存在潜在的边界增强电声耦合。有趣的是，打破空间反演的Janus结构Zr2FCl（M2XY）显示出类旋子式（roton-like）的声子软化和超导增强。该工作为研究单一材料平台中的二维超导、拓扑态以及手性声子提供了新思路。

Fig. 5 Electronic and phononic topology in 2D MX.

论文以“Superconductivity and topological aspects of two-dimensional transition-metal monohalides”为题，发表在 npj computational materials上。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41524-022-00871-y

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