Pressure effects on the electronic structure and superconductivity of (TaNb)0.67(HfZrTi)0.33 high entropy alloy - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Pressure effects on the electronic structure and superconductivity of (TaNb)0.67(HfZrTi)0.33 high entropy alloy

Abstrakt

Effects of pressure on the electronic structure, electron-phonon interaction, and superconductivity of the high entropy alloy ( TaNb ) 0.67 ( HfZrTi ) 0.33 are studied in the pressure range 0–100 GPa. The electronic structure is calculated using the Korringa-Kohn-Rostoker method with the coherent potential approximation. Effects of pressure on the lattice dynamics are simulated using the Debye-Grüneisen model and the Grüneisen parameter at ambient conditions. In addition, the Debye temperature and Sommerfeld electronic heat capacity coefficient were experimentally determined. The electron-phonon coupling parameter λ is calculated using the McMillan-Hopfield parameters and computed within the rigid muffin-tin approximation. We find that the system undergoes the Lifshitz transition, as one of the bands crosses the Fermi level at elevated pressures. The electron-phonon coupling parameter λ decreases above 10 GPa. The calculated superconducting T c increases up to 40–50 GPa and, later, is stabilized at the larger value than for the ambient conditions, in agreement with the experimental findings. Our results show that the experimentally observed evolution of T c with pressure in ( TaNb ) 0.67 ( HfZrTi ) 0.33 can be well explained by the classical electron-phonon mechanism.

Cytowania

  • 1 1

    CrossRef

  • 1 0

    Web of Science

  • 1 0

    Scopus

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 72 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Copyright (2019 American Physical Society)

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuły w czasopismach
Opublikowano w:
PHYSICAL REVIEW B nr 100,
ISSN: 2469-9950
Język:
angielski
Rok wydania:
2019
Opis bibliograficzny:
Jasiewicz K., Wiendlocha B., Górnicka K., Gofryk K., Gazda M., Klimczuk T., Tobola J.: Pressure effects on the electronic structure and superconductivity of (TaNb)0.67(HfZrTi)0.33 high entropy alloy// PHYSICAL REVIEW B -Vol. 100,iss. 18 (2019), s.184503-
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1103/physrevb.100.184503
Bibliografia: test
  1. A. P. Drozdov, M. I. Eremets, I. A. Troyan, V. Ksenofontov, and S. I. Shylin, Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system, Nature (London) 525, 73 (2015). otwiera się w nowej karcie
  2. A. P. Drozdov, P. P. Kong, V. S. Minkov, S. P. Besedin, M. A. Kuzovnikov, S. Mozaffari, L. Balicas, F. F. Balakirev, D. E. Graf, V. B. Prakapenka, E. Greenberg, D. A. Knyazev, M. Tkacz, and M. I. Eremets, Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures, Nature (London) 569, 528 (2019). otwiera się w nowej karcie
  3. R. Szczȩśniak and A. P. Durajski, Superconductivity well above room temperature in compressed MgH 6 , Front. Phys. 11, 117406 (2016). otwiera się w nowej karcie
  4. R. Szczȩśniak and A. P. Durajski, Unusual sulfur isotope effect and extremely high critical temperature in H 3 S superconductor, Sci. Rep. 8, 6037 (2018). otwiera się w nowej karcie
  5. J. Guo, G. Lin, S. Cai, C. Xi, C. Zhang, W. Sun, Q. Wang, K. Yang, A. Li, Q. Wu, Y. Zhang, T. Xiang, R. J. Cava, and L. Sun, Record-high superconductivity in Niobium-Titanium alloy, Adv. Mater. 31, 1807240 (2019). otwiera się w nowej karcie
  6. J. Guo, H. Wang, F. von Rohr, Z. Wang, S. Cai, Y. Zhou, K. Yang, A. Li, S. Jiang, Q. Wu, R. J. Cava, and L. Sun, Robust zero resistance in a superconducting high-entropy alloy at pressures up to 190 GPa, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, 13144 (2017). otwiera się w nowej karcie
  7. J.-W. Yeh, S.-K. Chen, S.-J. Lin, J.-Y. Gan, T.-S. Chin, T.-T. Shun, C.-H. Tsau, and S.-Y. Chang, Nanostructured high-entropy alloys with multiple principal elements: Novel alloy design concepts and outcomes, Adv. Eng. Mater. 6, 299 (2004). otwiera się w nowej karcie
  8. J. W. Yeh, Y. L. Chen, S. J. Lin, and S. K. Chen, High-entropy alloys-A new era of exploitation, in Advanced Structural Ma- terials III, Materials Science Forum, Vol. 560 (Trans Tech Publications, Switzerland, 2007), pp. 1. otwiera się w nowej karcie
  9. P. Koželj, S. Vrtnik, A. Jelen, S. Jazbec, Z. Jagličić, S. Maiti, M. Feuerbacher, W. Steurer, and J. Dolinšek, Discovery of a Superconducting High-Entropy Alloy, Phys. Rev. Lett. 113, 107001 (2014). otwiera się w nowej karcie
  10. K. Jasiewicz, B. Wiendlocha, P. Korbeń, S. Kaprzyk, and J. Tobola, Superconductivity of Ta 34 Nb 33 Hf 8 Zr 14 Ti 11 high en- tropy alloy from first principles calculations, Phys. Status Solidi: Rapid Res. Lett. 10, 415 (2016). otwiera się w nowej karcie
  11. R. Sogabe, Y. Goto, and Y. Mizuguchi, Superconductivity in REO 0.5 F 0.5 BiS 2 with high-entropy-alloy-type blocking layers, Appl. Phys. Express 11, 053102 (2018). otwiera się w nowej karcie
  12. K. Stolze, J. Tao, F. O. von Rohr, T. Kong, and R. J. Cava, Sc-Zr-Nb-Rh-Pd and Sc-Zr-Nb-Ta-Rh-Pd high-entropy alloy superconductors on a CsCl-type lattice, Chem. Mater. 30, 906 (2018). otwiera się w nowej karcie
  13. K. Stolze, F. A. Cevallos, T. Kong, and R. J. Cava, High-entropy alloy superconductors on an σ -Mn lattice, J. Mater. Chem. C 6, 10441 (2018). otwiera się w nowej karcie
  14. F. O. von Rohr and R. J. Cava, Isoelectronic substitu- tions and aluminium alloying in the Ta-Nb-Hf-Zr-Ti high- entropy alloy superconductor, Phys. Rev. Mater. 2, 034801 (2018). otwiera się w nowej karcie
  15. F. von Rohr, M. J. Winiarski, J. Tao, T. Klimczuk, and R. J. Cava, Effect of electron count and chemical complexity in the Ta-Nb-Hf-Zr-Ti high-entropy alloy superconductor, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 113, E7144 (2016). otwiera się w nowej karcie
  16. T. Stopa, S. Kaprzyk, and J. Tobola, Linear aspects of the Korringa-Kohn-Rostoker formalism, J. Phys.: Condens. Matter 16, 4921 (2004). otwiera się w nowej karcie
  17. S. Kaprzyk and A. Bansil, Green's function and a generalized lloyd formula for the density of states in disordered muffin-tin alloys, Phys. Rev. B 42, 7358 (1990). otwiera się w nowej karcie
  18. A. Bansil, S. Kaprzyk, P. E. Mijnarends, and J. Toboła, Elec- tronic structure and magnetism of Fe 3−x V x X (X = Si, Ga, and Al) alloys by the KKR-CPA method, Phys. Rev. B 60, 13396 (1999). otwiera się w nowej karcie
  19. P. Soven, Coherent-potential model of substitutional disordered alloys, Phys. Rev. 156, 809 (1967). otwiera się w nowej karcie
  20. G. D. Gaspari and B. L. Gyorffy, Electron-Phonon Interactions, d Resonances, and Superconductivity in Transition Metals, Phys. Rev. Lett. 28, 801 (1972). otwiera się w nowej karcie
  21. J. P. Perdew and Y. Wang, Accurate and simple analytic repre- sentation of the electron-gas correlation energy, Phys. Rev. B 45, 13244 (1992). otwiera się w nowej karcie
  22. K. Jasiewicz, J. Cieslak, S. Kaprzyk, and J. Tobola, Relative crystal stability of Al x FeNiCrCo high entropy alloys from XRD analysis and formation energy calculation, J. Alloys Compd. 648, 307 (2015). otwiera się w nowej karcie
  23. K. Jin, B. C. Sales, G. M. Stocks, G. D. Samolyuk, M. Daene, W. J. Weber, Y. Zhang, and H. Bei, Tailoring the physical properties of ni-based single-phase equiatomic alloys by modifying the chemical complexity, Sci. Rep. 6, 20159 (2016). otwiera się w nowej karcie
  24. M. Calvo-Dahlborg, J. Cornide, J. Tobola, D. Nguyen-Manh, J. S. Wróbel, J. Juraszek, S. Jouen, and U. Dahlborg, Interplay of electronic, structural and magnetic properties as the driving feature of high-entropy CoCrFeNiPd alloys, J. Phys. D: Appl. Phys. 50, 185002 (2017). otwiera się w nowej karcie
  25. K. Jasiewicz, S. Kaprzyk, and J. Tobola, Interplay of Crys- tal Structure Preference and Magnetic Ordering in High Entropy CrCoFeNiAl Alloys, Acta Phys. Pol. A 133, 511 (2018). otwiera się w nowej karcie
  26. I. R. Gomersall and B. L. Gyorffy, A simple theory of the electron-phonon mass enhancement in transition metal com- pounds, J. Phys. F: Met. Phys. 4, 1204 (1974). otwiera się w nowej karcie
  27. B. M. Klein, L. L. Boyer, and D. A. Papaconstantopoulos, Superconducting Properties of A15 Compounds Derived from Band-Structure Results, Phys. Rev. Lett. 42, 530 (1979). otwiera się w nowej karcie
  28. I. I. Mazin, S. N. Rashkeev, and S. Y. Savrasov, Nonspherical rigid-muffin-tin calculations of electron-phonon coupling in high-T c perovskites, Phys. Rev. B 42, 366 (1990). otwiera się w nowej karcie
  29. B. Wiendlocha, J. Tobola, and S. Kaprzyk, Search for Sc 3 X B(X = In, Tl, Ga, Al) perovskites superconductors and proximity of weak ferromagnetism, Phys. Rev. B 73, 134522 (2006). otwiera się w nowej karcie
  30. B. Wiendlocha, J. Tobola, M. Sternik, S. Kaprzyk, K. Parlinski, and A. M. Oleś, Superconductivity of Mo 3 Sb 7 from first princi- ples, Phys. Rev. B 78, 060507(R) (2008). otwiera się w nowej karcie
  31. B. Wiendlocha and M. Sternik, Effect of the tetragonal dis- tortion on the electronic structure, phonons and superconduc- tivity in the Mo 3 Sb 7 superconductor, Intermetallics 53, 150 (2014). otwiera się w nowej karcie
  32. W. L. McMillan, Transition temperature of strong-coupled su- perconductors, Phys. Rev. 167, 331 (1968). otwiera się w nowej karcie
  33. J. J. Hopfield, Angular momentum and transition-metal super- conductivity, Phys. Rev. 186, 443 (1969). otwiera się w nowej karcie
  34. See Supplemental Material at http://link.aps.org/supplemental/ 10.1103/PhysRevB.100.184503 for the discussion of the differ- ent definitions of the frequency moments, Figs. S1 and S2, for the phonon DOS plots of Nb and Ta under pressure, Fig. S3 for the XRD pattern at room temperature, and Fig. S4 for the plot of the matrix elements, which enter the formula for the McMillan-Hopfield parameters. otwiera się w nowej karcie
  35. S. S. Rajput, R. Prasad, R. M. Singru, S. Kaprzyk, and A. Bansil, Electronic structure of disordered Nb -Mo alloys stud- ied using the charge-self-consistent Korringa -Kohn -Rostoker coherent potential approximation, J. Phys.: Condens. Matter 8, 2929 (1996). otwiera się w nowej karcie
  36. D. A. Papaconstantopoulos, L. L. Boyer, B. M. Klein, A. R. Williams, V. L. Morruzzi, and J. F. Janak, Calculations of the superconducting properties of 32 metals with Z 49, Phys. Rev. B 15, 4221 (1977). otwiera się w nowej karcie
  37. S. Massidda, J. Yu, and A. J. Freeman, Electronic structure and properties of superconducting LiTi 2 O 4 , Phys. Rev. B 38, 11352 (1988). otwiera się w nowej karcie
  38. F. Birch, Finite elastic strain of cubic crystals, Phys. Rev. 71, 809 (1947). otwiera się w nowej karcie
  39. Z.-L. Liu, L.-C. Cai, X.-R. Chen, Q. Wu, and F.-Q. Jing, Ab initio refinement of the thermal equation of state for bcc tantalum: The effect of bonding on anharmonicity, J. Phys.: Condens. Matter 21, 095408 (2009). otwiera się w nowej karcie
  40. G. Grimvall, Thermophysical Properties of Materials (North- Holland, Amsterdam, 1986). otwiera się w nowej karcie
  41. R. Jeanloz, Shock wave equation of state and finite strain theory, J. Geophys. Res.: Solid Earth 94, 5873 (1989). otwiera się w nowej karcie
  42. C. Nie, Volume and temperature dependence of the second Grüneisen parameter of NaCl, Phys. Status Solidi B 219, 241 (2000). otwiera się w nowej karcie
  43. O. L. Anderson and D. G. Isaak, The dependence of the Anderson-Grüneisen parameter δ T upon compression at ex- treme conditions, J. Phys. Chem. Solids 54, 221 (1993). otwiera się w nowej karcie
  44. O. L. Anderson, Equations of State for Solids in Geophysics and Ceramic Science (Oxford University Press, New York, 1995).
  45. O. L. Anderson, Derivation of Wachtman's equation for the temperature dependence of elastic moduli of oxide compounds, Phys. Rev. 144, 553 (1966). otwiera się w nowej karcie
  46. J. S. Dugdale and D. K. C. MacDonald, The thermal expansion of solids, Phys. Rev. 89, 832 (1953). otwiera się w nowej karcie
  47. Y. A. Chang, On the temperature dependence of the bulk modulus and the Anderson-Grüneisen parameter δ of oxide compounds, J. Phys. Chem. Solids 28, 697 (1967). otwiera się w nowej karcie
  48. Y. Kimura, T. Ohtsuka, T. Matsui, and T. Mizusaki, The normal state specific heat of niobium-tantalum alloys, Phys. Lett. A 29, 284 (1969). otwiera się w nowej karcie
  49. A. F. Guillermet and G. Grimvall, Homology of interatomic forces and debye temperatures in transition metals, Phys. Rev. B 40, 1521 (1989). otwiera się w nowej karcie
  50. I. S. Grigoriev and E. Z. Meilikhov, Handbook of Physical Quantities (CRC Press, New York, 1997).
  51. K. W. Katahara, M. H. Manghnani, and E. S. Fisher, Pressure derivatives of the elastic moduli of BCC Ti-V-Cr, Nb-Mo and Ta-W alloys, J. Phys. F: Met. Phys. 9, 773 (1979). otwiera się w nowej karcie
  52. K. A. Jr Gschneidner, Solid State Physics (Academic, New York, 1964). otwiera się w nowej karcie
  53. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, G. L. Chiarotti, M. Cococcioni, I. Dabo, A. Dal Corso, S. de Gironcoli, S. Fabris, G. Fratesi, R. Gebauer, U. Gerstmann, C. Gougoussis, A. Kokalj, M. Lazzeri, L. Martin-Samos et al., QUANTUM ESPRESSO: A modular and open-source software project for quantum simula- tions of materials, J. Phys.: Condens. Matter 21, 395502 (2009). otwiera się w nowej karcie
  54. P. Giannozzi, O. Andreussi, T. Brumme, O. Bunau, M. B. Nardelli, M. Calandra, R. Car, C. Cavazzoni, D. Ceresoli, M. Cococcioni, N. Colonna, I. Carnimeo, A. D. Corso, S. de otwiera się w nowej karcie
  55. Gironcoli, P. Delugas, R. A. DiStasio Jr, A. Ferretti, A. Floris, G. Fratesi, G. Fugallo et al., Advanced capabilities for materials modeling with QUANTUM ESPRESSO, J. Phys.: Condens. Matter 29, 465901 (2017). otwiera się w nowej karcie
  56. A. D. Corso, Pseudopotentials periodic table: From H to Pu, Comput. Mater. Sci. 95, 337 (2014). otwiera się w nowej karcie
  57. The following pseudopotentials were used: Ta.pbe-spfn-kjpaw_ psl.1.0.0.UPF and Nb.pbe-spn-kjpaw_psl.1.0.0.UPF, http:// www.quantum-espresso.org/pseudopotentials/ otwiera się w nowej karcie
  58. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Generalized Gradient Approximation Made Simple, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996). otwiera się w nowej karcie
  59. G. Grimvall, The Electron-phonon Interaction in Metals (North- Holland, Amsterdam, 1981).
  60. X. Li, First-principles study of the third-order elastic constants and related anharmonic properties in refractory high-entropy alloys, Acta Mater. 142, 29 (2018). otwiera się w nowej karcie
  61. A. S. Ahmad, Y. Su, S. Y. Liu, K. Ståhl, Y. D. Wu, X. D. Hui, U. Ruett, O. Gutowski, K. Glazyrin, H. P. Liermann, H. Franz, H. Wang, X. D. Wang, Q. P. Cao, D. X. Zhang, and J. Z. Jiang, Structural stability of high entropy alloys under pressure and temperature, J. Appl. Phys. 121, 235901 (2017). otwiera się w nowej karcie
  62. A. Bansil, Coherent-potential and average t-matrix approxima- tions for disordered muffin-tin alloys. II. Application to realistic systems, Phys. Rev. B 20, 4035 (1979). otwiera się w nowej karcie
  63. W. H. Butler, Theory of electronic transport in random al- loys: Korringa-Kohn-Rostoker coherent-potential approxima- tion, Phys. Rev. B 31, 3260 (1985). otwiera się w nowej karcie
  64. B. Wiendlocha, K. Kutorasinski, S. Kaprzyk, and J. Tobola, Recent progress in calculations of electronic and transport properties of disordered thermoelectric materials, Scr. Mater. 111, 33 (2016). otwiera się w nowej karcie
  65. I. M. Lifshitz, Anomalies of electron characteristics of a metal in the high pressure region, ZhETF, 38, 1569, (1960) [J. Exp. Theor. Phys. 11, 1130 (1960)].
  66. J. S. Tse, Z. Li, K. Uehara, Y. Ma, and R. Ahuja, Electron- phonon coupling in high-pressure Nb, Phys. Rev. B 69, 132101 (2004). otwiera się w nowej karcie
  67. V. V. Struzhkin, Y. A. Timofeev, R. J. Hemley, and H.-K. Mao, Superconducting T c and Electron-Phonon Coupling in Nb to 132 GPa: Magnetic Susceptibility at Megabar Pressures, Phys. Rev. Lett. 79, 4262 (1997). otwiera się w nowej karcie
  68. S. A. Ostanin, V. Yu. Trubitsin, S. Yu. Savrasov, M. Alouani, and H. Dreyssé, Calculated Nb superconducting transition tem- perature under hydrostatic pressure, High Press. Res. 17, 393 (2000). otwiera się w nowej karcie
  69. V. K. Ratti, R. Evans, and B. L. Gyorffy, The volume de- pendence of the electron-phonon mass enhancement and the pressure dependence of tc in transition metals, J. Phys. F: Met. Phys. 4, 371 (1974). otwiera się w nowej karcie
  70. B. Wiendlocha, M. J. Winiarski, M. Muras, C. Zvoriste-Walters, J.-C. Griveau, S. Heathman, M. Gazda, and T. Klimczuk, Pres- sure effects on the superconductivity of the HfPd 2 Al Heusler compound: Experimental and theoretical study, Phys. Rev. B 91, 024509 (2015). otwiera się w nowej karcie
  71. S. Y. Savrasov and D. Y. Savrasov, Electron-phonon interactions and related physical properties of metals from linear-response theory, Phys. Rev. B 54, 16487 (1996). otwiera się w nowej karcie
  72. J. P. Carbotte, Properties of boson-exchange superconductors, Rev. Mod. Phys. 62, 1027 (1990). otwiera się w nowej karcie
  73. R. Szczȩśniak, A. P. Durajski, and ŁHerok, Thermodynamic properties of antiperovskite MgCNi 3 in superconducting phase, Solid State Commun. 203, 63 (2015). otwiera się w nowej karcie
  74. J. W. Garland and K. H. Bennemann, Theory for the pressure dependence of Tc for narrow-band superconductors, AIP Conf. Proc. 4, 255 (1972). otwiera się w nowej karcie
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 46 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi