論文の概要: Turning non-superconducting elements into superconductors by quantum confinement and proximity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.07585v2
- Date: Wed, 11 Feb 2026 13:03:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-12 15:03:20.014626
- Title: Turning non-superconducting elements into superconductors by quantum confinement and proximity
- Title（参考訳）: 量子閉じ込めと近接による非超伝導素子の超伝導体への変換
- Authors: Giovanni A. Ummarino, Alessio Zaccone,
- Abstract要約: 本研究は, バルク型非超伝導金属において, 量子閉じ込めのみ, あるいは近接効果と組み合わせることで, 超伝導不安定性を誘導できるかどうかを考察する。
エリーシュベルク方程式の数値解法により, 代表的な貴金属, アルカリ金属, アルカリ金属の膜厚関数として臨界温度$T_c$を計算する。
この理論は、超伝導は選択されたケースと非常に狭い厚さの窓にのみ現れると予測している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Elemental good metals, including noble metals (Cu, Ag, Au) and several $s$-block elements, do not exhibit superconductivity in bulk at ambient pressure, primarily due to weak electron--phonon coupling that fails to overcome Coulomb repulsion. In this perspective, we examine whether quantum confinement alone, or in combination with proximity effects, can induce an observable superconducting instability in metals that are non-superconducting in bulk form. We review recent theoretical progress and present a unified framework based on a confinement-generalized, isotropic one-band Eliashberg theory, in which the normal density of states becomes energy dependent and key material parameters ($E_F$, $λ$, and $μ^{*}$) acquire an explicit thickness dependence. By numerically solving the resulting Eliashberg equations using ab-initio or experimentally determined electron--phonon spectral functions $α^{2}F(Ω)$ and Coulomb pseudopotentials $μ^{*}$, and without introducing adjustable parameters, we compute the critical temperature $T_c$ as a function of film thickness for representative noble, alkali, and alkaline-earth metals. The theory predicts that superconductivity can emerge only in selected cases and within extremely narrow thickness windows, typically centered around sub-nanometer scales ($L \sim 0.4$--$0.6$ nm). We further discuss layered superconductor/normal-metal systems, where quantum confinement and proximity effects coexist. In these heterostructures, a substantial enhancement of the critical temperature is predicted, even when the constituent materials are non-superconducting or poor superconductors in bulk form.
- Abstract（参考訳）: 貴金属(Cu、Ag、Au)や数ドルのブロック元素を含む元素は、主にクーロンの反発を克服できない弱い電子-フォノン結合のため、周囲の圧力でバルクで超伝導を示すことはない。
この観点から、バルク型ではない金属において、量子閉じ込め単独、もしくは近接効果と組み合わせることで、観測可能な超伝導不安定性を誘導できるかどうかを考察する。
この理論では、状態の正規密度がエネルギー依存となり、重要な物質パラメータ(E_F$, $λ$, $μ^{*}$)が明らかな厚さ依存性を得る。
ab-initio あるいは実験的に決定された電子-フォノンスペクトル関数 $α^{2}F(Ω)$ と Coulomb pseudopotentials $μ^{*}$ を用いて得られたエリーシュベルク方程式を数値解き、調整可能なパラメータを導入することなく、代表貴金属、アルカリ金属、アルカリ金属の膜厚関数として臨界温度 $T_c$ を計算する。
この理論は、超伝導は選択された場合と非常に狭い厚さの窓にのみ出現し、通常はサブナノメータースケール(L \sim 0.4$-$0.6$ nm)を中心に現れると予測している。
さらに、量子閉じ込めと近接効果が共存する層状超伝導体/ノーマルメタル系について論じる。
これらのヘテロ構造では、構成材料が非超伝導または低超伝導体である場合であっても、臨界温度の実質的な向上が予測される。
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