Achieving a compound with interesting multiple coexisting states, such as electride, metallicity, and superconductivity, is of great interest in basic research and practical application. Pressure has become an effective way to realize high-temperature superconductivity in hydrides, whereas most electrides are semiconducting or insulating at high pressure. Here, we have applied swarm-intelligence structural search to identify a hitherto unknown C2/m Li10Se electride that is superconducting at high pressure. More interestingly, Li10Se is estimated to exhibit the highest Tc value of 16 K at 50 GPa, which is the lowest pressure among Li-based chalcogen electrides. This superconducting transition is dominated by Se-related low frequency vibration modes. The increasing electronic occupation of the Se 4d orbital and the decreasing amount of interstitial anion electrons with pressure heighten their coupling with low-frequency phonons, which is responsible for the enhancement of the Tc value. The finding of Li-based chalcogen superconducting electrides provides a reference for the realization of other superconducting electrides at lower pressures.
REFERENCES
1.
J. L.
Dye
, Science
301
, 607
(2003
).2.
C.
Park
, S. W.
Kim
, and M.
Yoon
, Phys. Rev. Lett.
120
, 026401
(2018
).3.
M. A.
Uijttewaal
, G. A. d.
Wijs
, and R. A. d.
Groot
, J. Appl. Phys.
96
, 1751
(2004
).4.
Y.
Toda
, H.
Yanagi
, E.
Ikenaga
, J. J.
Kim
, M.
Kobata
, S.
Ueda
, T.
Kamiya
, M.
Hirano
, K.
Kobayashi
, and H.
Hosono
, Adv. Mater.
19
, 3564
(2007
).5.
M.
Kitano
, Y.
Inoue
, Y.
Yamazaki
, F.
Hayashi
, S.
Kanbara
, S.
Matsuishi
, T.
Yokoyama
, S.-W.
Kim
, M.
Hara
, and H.
Hosono
, Nat. Chem.
4
, 934
(2012
).6.
M.
Hara
, M.
Kitano
, and H.
Hosono
, ACS Catal.
7
, 2313
(2017
).7.
M.
Miyakawa
, S. W.
Kim
, M.
Hirano
, Y.
Kohama
, H.
Kawaji
, T.
Atake
, H.
Ikegami
, K.
Kono
, and H.
Hosono
, J. Am. Chem. Soc.
129
, 7270
(2007
).8.
Z.
Zhao
, S.
Zhang
, T.
Yu
, H.
Xu
, A.
Bergara
, and G.
Yang
, Phys. Rev. Lett.
122
, 097002
(2019
).9.
H.
Tang
, B.
Wan
, B.
Gao
, Y.
Muraba
, Q.
Qin
, B.
Yan
, P.
Chen
, Q.
Hu
, D.
Zhang
, and L.
Wu
, Adv. Sci.
5
, 1800666
(2018
).10.
K.
Li
, Y.
Gong
, J.
Wang
, and H.
Hosono
, J. Am. Chem. Soc.
143
, 8821
(2021
).11.
C.
Liu
, S. A.
Nikolaev
, W.
Ren
, and L. A.
Burton
, J. Mater. Chem. C
8
, 10551
(2020
).12.
Y.-X.
Liu
, C.
Wang
, S.
Han
, X.
Chen
, H.-R.
Sun
, and X.-B.
Liu
, Chin. Phys. Lett.
38
, 036201
(2021
).13.
Y.
Ma
, M.
Eremets
, A. R.
Oganov
, Y.
Xie
, I.
Trojan
, S.
Medvedev
, A. O.
Lyakhov
, M.
Valle
, and V.
Prakapenka
, Nature
458
, 182
(2009
).14.
C. J.
Pickard
and R. J.
Needs
, Phys. Rev. Lett.
102
, 146401
(2009
).15.
X.
Zhang
and G.
Yang
, J. Phys. Chem. Lett.
11
, 3841
(2020
).16.
H.
Hosono
and M.
Kitano
, Chem. Rev.
121
, 3121
(2021
).17.
K.
Lee
, S. W.
Kim
, Y.
Toda
, S.
Matsuishi
, and H.
Hosono
, Nature
494
, 336
(2013
).18.
Y.
Tsuji
, P. L. V. K.
Dasari
, S. F.
Elatresh
, R.
Hoffmann
, and N. W.
Ashcroft
, J. Am. Chem. Soc.
138
, 14108
(2016
).19.
E.
Zurek
, X.-D.
Wen
, and R.
Hoffmann
, J. Am. Chem. Soc.
133
, 3535
(2011
).20.
B.
Wan
, J.
Zhang
, L.
Wu
, and H.
Gou
, Chin. Phys. B
28
, 106201
(2019
).21.
X.
Zhang
, F.
Li
, A.
Bergara
, and G.
Yang
, Phys. Rev. B
104
, 134505
(2021
).22.
Z. S.
Pereira
, G. M.
Faccin
, and E. Z.
da Silva
, J. Phys. Chem. C
125
, 8899
(2021
).23.
C.
Kokail
, C.
Heil
, and L.
Boeri
, Phys. Rev. B
94
, 060502
(2016
).24.
Z.
Liu
, Q.
Zhuang
, F.
Tian
, D.
Duan
, H.
Song
, Z.
Zhang
, F.
Li
, H.
Li
, D.
Li
, and T.
Cui
, Phys. Rev. Lett.
127
, 157002
(2021
).25.
D.
Duan
, X.
Huang
, F.
Tian
, D.
Li
, H.
Yu
, Y.
Liu
, Y.
Ma
, B.
Liu
, and T.
Cui
, Phys. Rev. B
91
, 180502
(2015
).26.
S.
Zhang
, Y.
Wang
, J.
Zhang
, H.
Liu
, X.
Zhong
, H.-F.
Song
, G.
Yang
, L.
Zhang
, and Y.
Ma
, Sci. Rep.
5
, 15433
(2015
).27.
X.
Zhong
, H.
Wang
, J.
Zhang
, H.
Liu
, S.
Zhang
, H.-F.
Song
, G.
Yang
, L.
Zhang
, and Y.
Ma
, Phys. Rev. Lett.
116
, 057002
(2016
).28.
M. I.
McMahon
, C.
Hejny
, J. S.
Loveday
, L. F.
Lundegaard
, and M.
Hanfland
, Phys. Rev. B
70
, 054101
(2004
).29.
Y.
Wang
, J.
Lv
, L.
Zhu
, and Y.
Ma
, Phys. Rev. B
82
, 094116
(2010
).30.
Y.
Wang
, J.
Lv
, L.
Zhu
, and Y.
Ma
, Comput. Phys. Commun.
183
, 2063
(2012
).31.
F.
Peng
, Y.
Sun
, C. J.
Pickard
, R. J.
Needs
, Q.
Wu
, and Y.
Ma
, Phys. Rev. Lett.
119
, 107001
(2017
).32.
J.
Lv
, Y.
Wang
, L.
Zhu
, and Y.
Ma
, Phys. Rev. Lett.
106
, 015503
(2011
).33.
Y.
Zhao
, X.
Zhang
, Y.
Liu
, and G.
Yang
, J. Appl. Phys.
130
, 153904
(2021
).34.
P.
Hohenberg
and W.
Kohn
, Phys. Rev.
136
, B864
(1964
).35.
W.
Kohn
and L. J.
Sham
, Phys. Rev.
140
, A1133
(1965
).36.
J. P.
Perdew
, K.
Burke
, and M.
Ernzerhof
, Phys. Rev. Lett.
77
, 3865
(1996
).37.
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
).38.
G.
Kresse
and J.
Furthmüller
, Phys. Rev. B
54
, 11169
(1996
).39.
H. J.
Monkhorst
and J. D.
Pack
, Phys. Rev. B
13
, 5188
(1976
).40.
P. E.
Blöchl
, Phys. Rev. B
50
, 17953
(1994
).41.
P.
Blaha
, K.
Schwarz
, P.
Sorantin
, and S. B.
Trickey
, Comput. Phys. Commun.
59
, 399
(1990
).42.
A.
Togo
, F.
Oba
, and I.
Tanaka
, Phys. Rev. B
78
, 134106
(2008
).43.
P.
Giannozzi
, S.
Baroni
, N.
Bonini
, M.
Calandra
, R.
Car
, C.
Cavazzoni
, D.
Ceresoli
, G. L.
Chiarotti
, M.
Cococcioni
, and I.
Dabo
, J. Phys.: Condens. Matter
21
, 395502
(2009
).44.
M.
Hanfland
, K.
Syassen
, N. E.
Christensen
, and D. L.
Novikov
, Nature
408
, 174
(2000
).45.
L.
Shi
and D. A.
Papaconstantopoulos
, Phys. Rev. B
73
, 184516
(2006
).46.
R. D.
Eithiraj
, G.
Jaiganesh
, and G.
Kalpana
, Int. J. Mod. Phys. B
23
, 5027
(2009
).47.
S. G.
Dale
and E. R.
Johnson
, J. Phys. Chem. A
122
, 9371
(2018
).48.
J.
Botana
, J.
Brgoch
, C.
Hou
, and M.
Miao
, Inorg. Chem.
55
, 9377
(2016
).49.
J.
Hooper
and E.
Zurek
, ChemPlusChem
77
, 969
(2012
).50.
A.
Simon
, Philos. Trans. R. Soc., A
368
, 1285
(2010
).51.
S. W.
Kim
, M.
Miyakawa
, M.
Hirano
, Y.
Kohama
, H.
Kawaji
, T.
Atake
, H.
Ikegami
, K.
Kono
, and H.
Hosono
, Mater. Trans.
49
, 1748
. (2008
).52.
M.
Miao
, Y.
Sun
, E.
Zurek
, and H.
Lin
, Nat. Rev. Chem.
4
, 508
(2020
).53.
Y.
Liu
, R.
Wang
, Z.
Wang
, D.
Li
, and T.
Cui
, Nat. Commun.
13
, 412
(2022
).54.
X.
Li
, A.
Hermann
, F.
Peng
, J.
Lv
, Y.
Wang
, H.
Wang
, and Y.
Ma
, Sci. Rep.
5
, 16675
(2015
).55.
P. B.
Allen
and R. C.
Dynes
, Phys. Rev. B
12
, 905
(1975
).56.
J. P.
Carbotte
, Rev. Mod. Phys.
62
, 1027
(1990
).57.
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
).58.
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
).59.
H.
Hosono
, S.-W.
Kim
, S.
Matsuishi
, S.
Tanaka
, A.
Miyake
, T.
Kagayama
, and K.
Shimizu
, Philos. Trans. R. Soc., A
373
, 20140450
(2015
).60.
61.
X.
Zhang
, Y.
Zhao
, F.
Li
, and G.
Yang
, Matter Radiat. Extremes
6
, 068201
(2021
).62.
Y.
Yao
, J. S.
Tse
, and D. D.
Klug
, Phys. Rev. Lett.
102
, 115503
(2009
).63.
M.
Marqués
, M. I.
McMahon
, E.
Gregoryanz
, M.
Hanfland
, C. L.
Guillaume
, C. J.
Pickard
, G. J.
Ackland
, and R. J.
Nelmes
, Phys. Rev. Lett.
106
, 095502
(2011
).64.
K.
Shimizu
, H.
Ishikawa
, D.
Takao
, T.
Yagi
, and K.
Amaya
, Nature
419
, 597
(2002
).65.
V. V.
Struzhkin
, M. I.
Eremets
, W.
Gan
, H.-k.
Mao
, and R. J.
Hemley
, Science
298
, 1213
(2002
).66.
B.
Sa
, R.
Xiong
, C.
Wen
, Y.-L.
Li
, P.
Lin
, Q.
Lin
, M.
Anpo
, and Z.
Sun
, J. Phys. Chem. C
124
, 7683
(2020
).67.
Y.
Xie
, A. R.
Oganov
, and Y.
Ma
, Phys. Rev. Lett.
104
, 177005
(2010
).68.
J.-Y.
You
, B.
Gu
, G.
Su
, and Y. P.
Feng
, J. Am. Chem. Soc.
144
, 5527
(2022
).69.
J.
Zhang
, G.
Chen
, and H.
Liu
, J. Phys. Chem. Lett.
12
, 10388
(2021
).70.
X.
Dong
, J.
Hou
, J.
Kong
, H.
Cui
, Y.-L.
Li
, A. R.
Oganov
, K.
Li
, H.
Zheng
, X.-F.
Zhou
, and H.-T.
Wang
, Phys. Rev. B
100
, 144104
(2019
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.