Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O（$x$=0, 1）电子结构的第一性原理研究
材料科学
2023-08-07 v2
摘要
近日，Lee 等人报道了在铜掺杂铅磷灰石（LK-99）中实验发现室温常压超导性（arXiv:2307.12008, arXiv:2307.12037）。值得注意的是，该超导性在常压下持续至 400 K。尽管有强烈的实验证据，LK-99 的电子结构尚未被研究。在此，我们利用第一性原理计算研究了 LK-99 及其母体化合物的电子结构，旨在阐明 Cu 的掺杂效应。我们的结果表明，母体化合物 Pb(PO)O 为绝缘体，而 Cu 掺杂诱导了绝缘体-金属转变并因此引起体积收缩。LK-99 在费米能级附近的能带结构特征为一个半填充平带和一个全占据平带。这两个平带源于 占据 O 原子的 轨道以及 Cu 的 轨道与其最近邻 O 原子的 轨道的杂化。有趣的是，我们观察到这两个平带上存在四个范霍夫奇点。此外，我们表明平带结构可通过引入电子关联效应或掺杂不同元素来调控。我们发现，在所考虑的掺杂元素（Ni、Cu、Zn、Ag 和 Au）中，Ni 和 Zn 掺杂均导致能隙打开，而 Au 的掺杂效应比 Ag 更类似于 Cu。我们的工作为未来研究 LK-99 独特电子结构在超导中的作用奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2307.16040,
title = {First-principles study on the electronic structure of Pb$_{10-x}$Cu$_x$(PO$_4$)$_6$O ($x$=0, 1)},
author = {Junwen Lai and Jiangxu Li and Peitao Liu and Yan Sun and Xing-Qiu Chen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2307.16040},
year = {2023}
}