具有轨道杂化的硼碳化物钪中的超导性

轻元素化合物中超导性的探索已引起相当关注，因为那些材料可轻易实现高 $T_{c}$ 超导性，例如 ${\mathrm{LnNi}}_{2}{\mathrm{B}_{2}}{\mathrm{C}}$（$T_{c}$=17 K）、${\mathrm{Mg}}{\mathrm{B}}_{2}$（$T_{c}$=39 K），以及最近的加压超氢化物（$T_{c}$=250 K）。在此我们报道在具有四方晶格的硼碳化物钪 ${\mathrm{Sc}}_{20}{\mathrm{B}}{\mathrm{C}}_{27}$ 中发现 7.8 K 的体超导性，其结构基于 ${\mathrm{Sc}}_{3}{\mathrm{C}}_{4}$ 化合物并掺入极少量 B 而改变。磁化与比热测量显示了体超导性。确定了上限临界场 Hc2(0) ~ 8 T。低温比热表明该系统是 BCS 全能隙 s 波超导体。电子结构计算表明，与 ${\mathrm{Sc}}_{3}{\mathrm{C}}_{4}$ 相比，在 ${\mathrm{Sc}}_{20}{\mathrm{B}}{\mathrm{C}}_{27}$ 中 Sc 3d 电子与 C-C(B)-C 片段的 2p 电子之间有更多的轨道重叠与杂化，形成了 Sc-C(B)-Sc 的新导电路径。这些变化影响了费米能级处的能带结构，并可能是 ${\mathrm{Sc}}_{20}{\mathrm{B}}{\mathrm{C}}_{27}$ 中超导性的原因。