TlTaSe2 中基于第一性原理的各向异性超导与拓扑能带协同效应研究

研究人员针对兼具拓扑能带与非中心对称超导特性的材料体系，通过第一性原理计算揭示了TlTaSe2 中由Ta 5d-Tl 6p轨道耦合导致的各向异性超导行为。研究发现其存在2.15 meV和4.5 meV双能隙结构，并预测Tc =6.67 K，为拓扑超导体设计提供了新思路。

　　

在量子材料研究领域，同时具备拓扑电子态与超导特性的材料被视为实现马约拉纳费米子等拓扑量子比特的关键载体。然而，这类材料中电子-声子耦合(EPC)与拓扑能带的协同机制尚不明确，特别是非中心对称结构导致的各向异性超导行为缺乏系统研究。TlTaSe₂
作为典型的节点线半金属，其镜像对称性保护的拓扑态与层状结构为探索这一科学问题提供了理想平台。

为解决这一挑战，研究人员采用第一性原理密度泛函理论(DFT)结合各向异性Migdal-Eliashberg理论，系统研究了TlTaSe₂
的超导特性。通过Quantum Espresso软件包进行电子结构计算，采用60 Ry截断能和15×15×7 k点网格；利用Wannier90构建最大局域化瓦尼尔函数，结合EPW模块实现电子-声子耦合的精确插值；最终通过求解各向异性Eliashberg方程（μ*=0.16）预测超导参数。

3.1 晶体结构与电子特性
晶体结构分析显示TlTaSe₂
属于P-6m2空间群，其Tl层插于TaSe₂
层间形成镜像对称保护。能带计算发现H点处存在Ta 5d与Tl 6p轨道反转形成的节点线特征，自旋轨道耦合(SOC)使简并态分裂为四个镜像对称保护的能带。费米面呈现Γ点空穴口袋与M点电子口袋的复杂结构，为多带超导提供了载体。

3.2 声子谱与电子-声子耦合
声子谱显示低频模（<20 meV）主要来自Tl/Ta面内振动，高频模源于Se原子振动。各向异性分析揭示H点附近λ_k
^el
高达1.2，显著强于Γ点区域（约0.7），这种空间异质性直接导致超导能隙的非均匀分布。

3.3 超导特性
通过求解Eliashberg方程获得两个特征能隙：Δ₁
=2.15 meV对应弱耦合的Γ点费米面，Δ₂
=4.5 meV源自强耦合的H点区域。采用Allen-Dynes修正公式预测T_c
=6.67 K，其中85%的耦合贡献来自低于15 meV的声子模。

该研究首次阐明TlTaSe₂
中拓扑能带与各向异性超导的关联机制：镜像对称性不仅保护节点线态，还通过约束原子振动方向产生强烈的EPC空间调制。4.5 meV大能隙的出现为拓扑超导态调控提供了新途径，其k分辨的能隙分布特征对设计拓扑量子器件具有指导意义。论文发表于《Materials Today Quantum》，为探索非平庸超导体系建立了新的理论框架。