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 6
CrossRef
-
0
Web of Science
-
1 7
Scopus
Autorzy (7)
Cytuj jako
Pełna treść
- 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
-
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- P. Soven, Coherent-potential model of substitutional disordered alloys, Phys. Rev. 156, 809 (1967). otwiera się w nowej karcie
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- W. L. McMillan, Transition temperature of strong-coupled su- perconductors, Phys. Rev. 167, 331 (1968). otwiera się w nowej karcie
- J. J. Hopfield, Angular momentum and transition-metal super- conductivity, Phys. Rev. 186, 443 (1969). otwiera się w nowej karcie
- 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
- 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
- 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
- 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
- F. Birch, Finite elastic strain of cubic crystals, Phys. Rev. 71, 809 (1947). otwiera się w nowej karcie
- 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
- G. Grimvall, Thermophysical Properties of Materials (North- Holland, Amsterdam, 1986). otwiera się w nowej karcie
- R. Jeanloz, Shock wave equation of state and finite strain theory, J. Geophys. Res.: Solid Earth 94, 5873 (1989). otwiera się w nowej karcie
- 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
- 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
- O. L. Anderson, Equations of State for Solids in Geophysics and Ceramic Science (Oxford University Press, New York, 1995).
- 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
- J. S. Dugdale and D. K. C. MacDonald, The thermal expansion of solids, Phys. Rev. 89, 832 (1953). otwiera się w nowej karcie
- 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
- 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
- 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
- I. S. Grigoriev and E. Z. Meilikhov, Handbook of Physical Quantities (CRC Press, New York, 1997).
- 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
- K. A. Jr Gschneidner, Solid State Physics (Academic, New York, 1964). otwiera się w nowej karcie
- 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
- 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
- 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
- A. D. Corso, Pseudopotentials periodic table: From H to Pu, Comput. Mater. Sci. 95, 337 (2014). otwiera się w nowej karcie
- 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
- J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Generalized Gradient Approximation Made Simple, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996). otwiera się w nowej karcie
- G. Grimvall, The Electron-phonon Interaction in Metals (North- Holland, Amsterdam, 1981).
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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)].
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- J. P. Carbotte, Properties of boson-exchange superconductors, Rev. Mod. Phys. 62, 1027 (1990). otwiera się w nowej karcie
- 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
- 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 92 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
Pressure effects on the superconductivity of the HfPd2Al Heusler compound: Experimental and theoretical study
- B. Wiendlocha,
- M. Winiarski,
- M. Muras
- + 5 autorów
Superconductivity in the niobium-rich compound Nb5Se4
- T. Klimczuk,
- K. Baroudi,
- J. Krizan
- + 2 autorów
MgPd2Sb : A Mg-based Heusler-type superconductor
- M. Winiarski,
- G. Kuderowicz,
- K. Górnicka
- + 5 autorów
Iridium 5d -electron driven superconductivity in ThIr3
- K. Górnicka,
- D. Das,
- S. Gutowska
- + 4 autorów