AlB2-type metal diborides represented by MgB2 become an important type of conventional superconductors. However, AlB2-type HfB2 is not superconductive. Pressure-induced HfH10 are predicted to be high-temperature superconductors. Here, first-principles swarm-intelligence structural search calculations identified two ternary compounds, HfBH2 and HfB2H, showing superconductivity with the predicted superconducting transition temperatures of 2.1–14.9 and 2.2–15.0 K for a wide range of Coulomb pseudopotential μ* = 0.15–0.05 at 300 GPa, respectively. The two compounds exhibit interesting structural features, such as an Hf–H layer, covalent B–H framework, and graphene-type boron layer, as observed in AlB2-type HfB2. Besides atomic hydrogen and covalent skeleton contributing to superconducting transition, H-activated hafnium also plays a certain role.
REFERENCES
1.
K. H.
Bennemann
and J. B.
Ketterson
, in Superconductivity: Conventional and Unconventional Superconductors
, edited by K. H.
Bennemann
and J. B.
Ketterson
(Springer Berlin Heidelberg
, Berlin
, 2008
), p. 3
.2.
H.
Wang
, X.
Li
, G.
Gao
, Y.
Li
, and Y.
Ma
, WIREs Compt. Mol. Sci.
8
, e1330
(2018
). 3.
L.
Gao
, Z. J.
Huang
, R. L.
Meng
, J. G.
Lin
, F.
Chen
, L.
Beauvais
, Y. Y.
Sun
, Y. Y.
Xue
, and C. W.
Chu
, Physica C
213
, 261
(1993
). 4.
N. W.
Ashcroft
, Phys. Rev. Lett.
21
, 1748
(1968
). 5.
P.
Cudazzo
, G.
Profeta
, A.
Sanna
, A.
Floris
, A.
Continenza
, S.
Massidda
, and E. K. U.
Gross
, Phys. Rev. Lett.
100
, 257001
(2008
). 6.
R. P.
Dias
and I. F.
Silvera
, Science
355
, 715
(2017
). 7.
P.
Cudazzo
, G.
Profeta
, A.
Sanna
, A.
Floris
, A.
Continenza
, S.
Massidda
, and E. K. U.
Gross
, Phys. Rev. B
81
, 134506
(2010
). 8.
J. M.
McMahon
and D. M.
Ceperley
, Phys. Rev. B
85
, 219902
(2012
). 9.
N. W.
Ashcroft
, Phys. Rev. Lett.
92
, 187002
(2004
). 10.
D.
Duan
, Y.
Liu
, Y.
Ma
, Z.
Shao
, B.
Liu
, and T.
Cui
, Natl. Sci. Rev.
4
, 121
(2017
). 11.
A. P.
Drozdov
, M. I.
Eremets
, I. A.
Troyan
, V.
Ksenofontov
, and S. I.
Shylin
, Nature
525
, 73
(2015
). 12.
D.
Duan
, Y.
Liu
, F.
Tian
, D.
Li
, X.
Huang
, Z.
Zhao
, H.
Yu
, B.
Liu
, W.
Tian
, and T.
Cui
, Sci. Rep.
4
, 6968
(2014
). 13.
H.
Wang
, J. S.
Tse
, K.
Tanaka
, T.
Iitaka
, and Y.
Ma
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
109
, 6463
(2012
). 14.
L.
Ma
, K.
Wang
, Y.
Xie
, X.
Yang
, Y.
Wang
, M.
Zhou
, H.
Liu
, G.
Liu
, H.
Wang
, and Y.
Ma
, arXiv:2103.16282 (2021
).15.
F.
Peng
, Y.
Sun
, C. J.
Pickard
, R. J.
Needs
, Q.
Wu
, and Y.
Ma
, Phys. Rev. Lett.
119
, 107001
(2017
). 16.
E.
Snider
, N.
Dasenbrock-Gammon
, R.
McBride
, X.
Wang
, N.
Meyers
, K. V.
Lawler
, E.
Zurek
, A.
Salamat
, and R. P.
Dias
, Phys. Rev. Lett.
126
, 117003
(2021
). 17.
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
, Nature
569
, 528
(2019
). 18.
H.
Liu
, I. I.
Naumov
, R.
Hoffmann
, N. W.
Ashcroft
, and R. J.
Hemley
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
114
, 6990
(2017
). 19.
D. V.
Semenok
, A. G.
Kvashnin
, I. A.
Kruglov
, and A. R.
Oganov
, J. Phys. Chem. Lett.
9
, 1920
(2018
). 20.
K.
Tanaka
, J. S.
Tse
, and H.
Liu
, Phys. Rev. B
96
, 100502
(2017
). 21.
Y.
Sun
, J.
Lv
, Y.
Xie
, H.
Liu
, and Y.
Ma
, Phys. Rev. Lett.
123
, 097001
(2019
). 22.
M.
Somayazulu
, M.
Ahart
, A. K.
Mishra
, Z. M.
Geballe
, M.
Baldini
, Y.
Meng
, V. V.
Struzhkin
, and R. J.
Hemley
, Phys. Rev. Lett.
122
, 027001
(2019
). 23.
E.
Wigner
and H. B.
Huntington
, J. Chem. Phys.
3
, 764
(1935
). 24.
H.
Xie
, Y.
Yao
, X.
Feng
, D.
Duan
, H.
Song
, Z.
Zhang
, S.
Jiang
, S. A. T.
Redfern
, V. Z.
Kresin
, C. J.
Pickard
, and T.
Cui
, Phys. Rev. Lett.
125
, 217001
(2020
). 25.
C.
Buzea
and T.
Yamashita
, Supercond. Sci. Technol.
14
, R115
(2001
). 26.
N. I.
Medvedeva
, A. L.
Ivanovskii
, J. E.
Medvedeva
, and A. J.
Freeman
, Phys. Rev. B
64
, 020502
(2001
). 27.
J.
Nagamatsu
, N.
Nakagawa
, T.
Muranaka
, Y.
Zenitani
, and J.
Akimitsu
, Nature
410
, 63
(2001
). 28.
J. M.
An
and W. E.
Pickett
, Phys. Rev. Lett.
86
, 4366
(2001
). 29.
H. J.
Choi
, D.
Roundy
, H.
Sun
, M. L.
Cohen
, and S. G.
Louie
, Phys. Rev. B
66
, 020513
(2002
). 30.
S.
Sichkar
, J. Supercond. Novel Magn.
28
, 719
(2015
). 31.
N.
Barbero
, T.
Shiroka
, B.
Delley
, T.
Grant
, A. J. S.
Machado
, Z.
Fisk
, H. R.
Ott
, and J.
Mesot
, Phys. Rev. B
95
, 094505
(2017
). 32.
C.-H.
Hu
, A. R.
Oganov
, Q.
Zhu
, G.-R.
Qian
, G.
Frapper
, A. O.
Lyakhov
, and H.-Y.
Zhou
, Phys. Rev. Lett.
110
, 165504
(2013
). 33.
Y.
Wang
, J.
Lv
, L.
Zhu
, and Y.
Ma
, Phys. Rev. B
82
, 094116
(2010
). 34.
Y.
Wang
, J.
Lv
, L.
Zhu
, and Y.
Ma
, Comput. Phys. Commun.
183
, 2063
(2012
). 35.
J.
Lv
, Y.
Wang
, L.
Zhu
, and Y.
Ma
, Phys. Rev. Lett.
106
, 015503
(2011
). 36.
Z.
Zhao
, S.
Zhang
, T.
Yu
, H.
Xu
, A.
Bergara
, and G.
Yang
, Phys. Rev. Lett.
122
, 097002
(2019
). 37.
Z.
Liao
, C.
Liu
, Y.
Zhang
, Y.
Guo
, and X.
Ke
, J. Appl. Phys.
128
, 105901
(2020
). 38.
J.
Lin
, S.
Zhang
, W.
Guan
, G.
Yang
, and Y.
Ma
, J. Am. Chem. Soc.
140
, 9545
(2018
). 39.
X.
Li
, Y.
Xie
, Y.
Sun
, P.
Huang
, H.
Liu
, C.
Chen
, and Y.
Ma
, J. Phys. Chem. Lett.
11
, 935
(2020
). 40.
L.
Zhu
, Z.
Wang
, Y.
Wang
, G.
Zou
, H.-K.
Mao
, and Y.
Ma
, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
109
, 751
(2012
). 41.
P.
Hohenberg
and W.
Kohn
, Phys. Rev.
136
, B864
(1964
). 42.
W.
Kohn
and L. J.
Sham
, Phys. Rev.
140
, A1133
(1965
). 43.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
). 44.
J. P.
Perdew
, J. A.
Chevary
, S. H.
Vosko
, K. A.
Jackson
, M. R.
Pederson
, D. J.
Singh
, and C.
Fiolhais
, Phys. Rev. B
46
, 6671
(1992
). 45.
G.
Kresse
and J.
Furthmüller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
). 46.
H. J.
Monkhorst
and J. D.
Pack
, Phys. Rev. B
13
, 5188
(1976
). 47.
P. E.
Blöchl
, Phys. Rev. B
50
, 17953
(1994
). 48.
P.
Blaha
, K.
Schwarz
, P.
Sorantin
, and S. B.
Trickey
, Comput. Phys. Commun.
59
, 399
(1990
). 49.
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
, N.
Marzari
, F.
Mauri
, R.
Mazzarello
, S.
Paolini
, A.
Pasquarello
, L.
Paulatto
, C.
Sbraccia
, S.
Scandolo
, G.
Sclauzero
, A. P.
Seitsonen
, A.
Smogunov
, P.
Umari
, and R. M.
Wentzcovitch
, J. Phys. Condens. Matter
21
, 395502
(2009
). 50.
P. B.
Allen
and R. C.
Dynes
, Phys. Rev. B
12
, 905
(1975
). 51.
L. N.
Oliveira
, E. K. U.
Gross
, and W.
Kohn
, Phys. Rev. Lett.
60
, 2430
(1988
). 52.
M.
Lüders
, M. A. L.
Marques
, N. N.
Lathiotakis
, A.
Floris
, G.
Profeta
, L.
Fast
, A.
Continenza
, S.
Massidda
, and E. K. U.
Gross
, Phys. Rev. B
72
, 024545
(2005
). 53.
M. A. L.
Marques
, M.
Lüders
, N. N.
Lathiotakis
, G.
Profeta
, A.
Floris
, L.
Fast
, A.
Continenza
, E. K. U.
Gross
, and S.
Massidda
, Phys. Rev. B
72
, 024546
(2005
). 54.
J. P.
Carbotte
, Rev. Mod. Phys.
62
, 1027
(1990
). 55.
H.
Xia
, G.
Parthasarathy
, H.
Luo
, Y. K.
Vohra
, and A. L.
Ruoff
, Phys. Rev. B
42
, 6736
(1990
). 56.
A. R.
Oganov
, J.
Chen
, C.
Gatti
, Y.
Ma
, Y.
Ma
, C. W.
Glass
, Z.
Liu
, T.
Yu
, O. O.
Kurakevych
, and V. L.
Solozhenko
, Nature
457
, 863
(2009
). 57.
C. J.
Pickard
and R. J.
Needs
, Nat. Phys.
3
, 473
(2007
). 58.
W.-H.
Yang
, W.-C.
Lu
, S.-D.
Li
, X.-Y.
Xue
, Q.-J.
Zang
, K. M.
Ho
, and C. Z.
Wang
, Phys. Chem. Chem. Phys.
21
, 5466
(2019
). 59.
J.-D.
Zhang
and X.-L.
Cheng
, Physica B
405
, 3532
(2010
). 60.
J. M.
McMahon
and D. M.
Ceperley
, Phys. Rev. B
84
, 144515
(2011
). 61.
L.
Hao
, Z.
Yuan
, X.
Guo
, Y.
Zhang
, K.
Luo
, Y.
Gao
, F.
Ling
, X.
Chen
, Z.
Zhao
, and D.
Yu
, Phys. Lett. A
384
, 126525
(2020
). 62.
X.
Du
, S.
Zhang
, J.
Lin
, X.
Zhang
, A.
Bergara
, and G.
Yang
, Phys. Rev. B
100
, 134110
(2019
). 63.
X.-F.
Zhou
, A. R.
Oganov
, G.-R.
Qian
, and Q.
Zhu
, Phys. Rev. Lett.
109
, 245503
(2012
). 64.
S.
Di Cataldo
, W.
von der Linden
, and L.
Boeri
, Phys. Rev. B
102
, 014516
(2020
). 65.
S.
Di Cataldo
, C.
Heil
, W.
von der Linden
, and L.
Boeri
, Phys. Rev. B
104
, L020511
(2021
). 66.
C.
Wang
, S.
Yi
, and J.-H.
Cho
, Phys. Rev. B
101
, 104506
(2020
). 67.
L.
Liu
, C.
Wang
, S.
Yi
, K. W.
Kim
, J.
Kim
, and J.-H.
Cho
, Phys. Rev. B
99
, 140501
(2019
). 68.
L.
Zhang
, Y.
Wang
, J.
Lv
, and Y.
Ma
, Nat. Rev. Mater.
2
, 17005
(2017
). 69.
W.
McMillan
, JM Rowell in Superconductivity, edited by R. D. Parks
(Decker
, New York
, 1969
), p. 561
.70.
A.
Sanna
, J. A.
Flores-Livas
, A.
Davydov
, G.
Profeta
, K.
Dewhurst
, S.
Sharma
, and E. K. U.
Gross
, J. Phys. Soc. Jpn.
87
, 041012
(2018
). 71.
P.
Morel
and P. W.
Anderson
, Phys. Rev.
125
, 1263
(1962
). 72.
Y.
Kong
, O. V.
Dolgov
, O.
Jepsen
, and O. K.
Andersen
, Phys. Rev. B
64
, 020501
(2001
). 73.
D. V.
Semenok
, A. G.
Kvashnin
, A. G.
Ivanova
, V.
Svitlyk
, V. Y.
Fominski
, A. V.
Sadakov
, O. A.
Sobolevskiy
, V. M.
Pudalov
, I. A.
Troyan
, and A. R.
Oganov
, Mater. Today
33
, 36
(2020
). 74.
A. G.
Kvashnin
, D. V.
Semenok
, I. A.
Kruglov
, I. A.
Wrona
, and A. R.
Oganov
, ACS Appl. Mater. Interfaces
10
, 43809
(2018
). 75.
K. J.
Chang
, M. M.
Dacorogna
, M. L.
Cohen
, J. M.
Mignot
, G.
Chouteau
, and G.
Martinez
, Phys. Rev. Lett.
54
, 2375
(1985
). 76.
© 2021 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2021
Author(s)
You do not currently have access to this content.
