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Prediction of Phonon-Mediated Superconductivity with High Critical Temperature in the Two-Dimensional Topological Semimetal W2N3

Résumé

Two-dimensional superconductors attract great interest both for their fundamental physics and for their potential applications, especially in the rapidly growing field of quantum computing. Despite intense theoretical and experimental efforts, materials with a reasonably high transition temperature are still rare. Even more rare are those that combine superconductivity with a nontrivial band topology that could potentially give rise to exotic states of matter. Here, we predict a remarkably high superconducting critical temperature of 21 K in the easily exfoliable, topologically nontrivial 2D semimetal W2N3. By studying its electronic and superconducting properties as a function of doping and strain, we also find large changes in the electron-phonon interactions that make this material a unique platform to study different coupling regimes and test the limits of current theories of superconductivity. Last, we discuss the possibility of tuning the material to achieve coexistence of superconductivity and topologically nontrivial edge states.

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Concepts associés (32)
Supraconducteur à haute température
Un supraconducteur à haute température (en anglais, high-temperature superconductor : high- ou HTSC) est un matériau présentant une température critique de supraconductivité relativement élevée par rapport aux supraconducteurs conventionnels, c'est-à-dire en général à des températures supérieures à soit . Ce terme désigne en général la famille des matériaux de type cuprate, dont la supraconductivité existe jusqu'à . Mais d'autres familles de supraconducteurs, comme les supraconducteurs à base de fer découverts en 2008, peuvent aussi être désignées par ce même terme.
Supraconductivité
La supraconductivité, ou supraconduction, est un phénomène physique caractérisé par l'absence de résistance électrique et l'expulsion du champ magnétique — l'effet Meissner — à l'intérieur de certains matériaux dits supraconducteurs. La supraconductivité découverte historiquement en premier, et que l'on nomme communément supraconductivité conventionnelle, se manifeste à des températures très basses, proches du zéro absolu (). La supraconductivité permet notamment de transporter de l'électricité sans perte d'énergie.
Isolant topologique
Un isolant topologique est un matériau ayant une structure de bande de type isolant mais qui possède des états de surface métalliques. Ces matériaux sont donc isolants "en volume" et conducteurs en surface. En 2007, cet état de matière a été réalisé pour la première fois en 2D dans un puits quantique de (Hg,Cd)Te . Le BiSb (antimoniure de bismuth) est le premier isolant topologique 3D à être réalisé. La spectroscopie de photoélectrons résolue en angle a été l'outil principal qui a servi à confirmer l'existence de l'état isolant topologique en 3D.
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