关于超导 Nb₃Sn 长期争议问题的第一性原理解答

我们首次提出了立方相和四方相 Nb₃Sn 的完整第一性原理微观描述。我们计算了非谐自由能面、声子谱，并求解了两种相的超导能隙的全带宽各向异性 Migdal-Eliashberg 方程。我们的结果表明，非谐效应对稳定立方相和四方相结构至关重要，由此得到的声子谱与中子散射数据高度吻合。我们发现马氏体相变是弱一级相变，且超导能隙是强各向异性但完全打开的，有来自纵向和横向 Nb d 轨道的贡献，揭示了一种意想不到的三维配对机制。我们还发现，实验中观察到的上临界场 Hc₂ 在相变过程中的降低，可由整体较弱的电子-声子耦合与费米速度的重新分布共同解释，后者将部分费米面移向更长的相干长度，从而限制了 Hc₂。基于这些见解，我们提出 Sn 位掺杂可以增强横向态耦合和能隙各向同性，从而可能同时提高 Tc 和 Hc₂，而 Nb 位掺杂则以降低 Tc 为代价增强 Hc₂。