化合物 Lu$_4$H$_7$N 的超导与拓扑性质

最近的一项实验报道了一种氮掺杂氢化镥在仅 1 GPa 下达到了 294 K 的显著 $T_c$，大大降低了获得室温超导所需的压力。然而，随后的实验和理论研究在复现这些结果时遇到了困难，使得这种 Lu-H-N 化合物的结构笼罩在不确定性之中。在此，我们利用第一性原理计算提出了一种 Lu$_4$H$_7$N 的稳定结构。我们的计算表明，Lu$_4$H$_7$N 的 $T_c$ 为 1.044 K，由于电声耦合 (EPC) 的增加，在 150 GPa 下可大幅提升至 11.721 K。值得注意的是，我们深入研究了 Lu$_4$H$_7$N 的非平凡 Z2 能带拓扑，其特征是费米能级附近具有可分辨的表面态，并探索了其自旋霍尔电导率特性。此外，我们发现电子掺杂可以增强 Lu$_4$H$_7$N 的 EPC 强度和 $T_c$，例如我们预测的 Lu$_4$H$_7$O 结构，模拟了 Lu$_4$H$_7$N 的电子掺杂，其 $T_c$ 达到了令人瞩目的 3.837 K。这项工作证明了 Lu-H-N 系统化合物中超导和拓扑性质的共存，有望为指导寻找新型拓扑超导材料提供前景。